WO2016066682A1 - Interrupteur ou disjoncteur a moyenne ou haute tension, pourvu de contacts fixes ameliores, et procede d'utilisation - Google Patents

Interrupteur ou disjoncteur a moyenne ou haute tension, pourvu de contacts fixes ameliores, et procede d'utilisation Download PDF

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contacts
circuit breaker
contact
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Didier Rodrigues
Denis Frigiere
Jean Marc Willieme
Frank Jacquier
Vincent ROYOT
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    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H2203/036—Form of contacts to solve particular problems
    • H01H2203/044—Form of contacts to solve particular problems to achieve a predetermined sequence of switching

Definitions

  • the subject of the present invention is a switch or circuit breaker, medium or high voltage, provided with improved fixed contacts, and the method of use of this circuit breaker.
  • the communication between a closed state and an open state is effected by moving a movable contact along a path.
  • the fixed contacts touch a sliding surface of the movable contact, and the current flows from one fixed contact to the other through the movable contact, until one of the fixed contacts reaches an interruption of the sliding surface and then leave the contact.
  • the electric current is then transferred through the arcing contacts, leaving the permanent contacts; the arc appears between the arcing contacts, at a location of the device that may be chosen to cause less significant damage; and it can then be blown by a stream of gas, compressed in a chamber by the moving contact stroke and then released by the opening of a valve, as is known.
  • the electric arc is not completely eliminated between the permanent contacts, but that there remains a brief arc, called switching, until the Current flows entirely through the arcing contacts.
  • This switching arc can also damage the equipment because of its high temperature, which can be as high as a few hundred or so thousands of degrees, produce a local melting and an eroson of the matter of the contacts, and still projections of particles in the neighborhoods. This results in a weakening of the dielectric strength of the equipment through the solid elements or the surrounding gas and the risks of current and breakdown ignition.
  • the invention proceeds from another idea: to reduce the switching arc, as well as its effects, by dividing it in two, and making it appear simultaneously or almost to the two fixed contacts.
  • the invention relates, in general form, to an electrical apparatus, switch or circuit breaker, comprising a movable contact having a switching path from a closed state to an open state of the apparatus and a surface of sliding, a first fixed contact and a second fixed contact touching the sliding surface, a first interruption of the sliding surface crossed by the first fixed contact during the switching stroke; characterized in that the sliding surface has a second interruption crossed by the second fixed contact during the switching stroke, essentially at the same time that the first interruption is crossed by the first fixed contact.
  • the fixed contacts cross together the interruptions of the sliding surface, that is to say at the same time, or with a slight shift of time chosen to allow the apparatus to perform a method of power failure where, as a function of a suitable speed of the moving contact during the running from the closed state to the open state, simultaneous switching arcs are created between the switching parts and the interruptions of the sliding surface of the mobile contact.
  • each of the fixed contacts comprises a main part and a switching part, the main part and the switching part being electrically connected, both touching the sliding surface. , but being arranged so that electricity preferably passes through the main part between the fixed contact and the movable contact; and in that, for each of the fixed contacts, the main part reaches the interruption of the sliding surface before the switching portion.
  • the condition to be respected is that the fixed contacts are disconnected together, almost simultaneously, from the moving contact by crossing a difference in level thereof.
  • FIG. 1 is a view of a high or medium voltage circuit breaker according to the prior art
  • FIG. 2 illustrates permanent fixed contacts that can be used for the invention
  • FIGS. 3, 4, 5, 6 and 7 detail the switching steps, from the closing to the opening, of one embodiment of the invention
  • FIGS. 8 and 9 represent the extinction sequence of the switching arc.
  • Figure 1 schematically shows a circuit breaker according to the prior art, wherein a movable contact 1, tube-shaped, slides to the left, under the action of a control mechanism, to open the circuit breaker. It has sliding surfaces that are touched by two fixed contacts 3 and 4 (on the same sliding surface 2 here, which is not necessary).
  • the circuit breaker is also provided with mutually sliding arc contacts one on the other and electrically connected to the movable contact 1 and the first fixed contact 3.
  • the sliding surface 2 stops at an end 6 of the movable contact 1.
  • the fixed contacts of the invention can have the appearance shown in FIG. 2. They comprise a main part 7, directly connected to a current carrying line 8, and a switching part 9, which is an auxiliary part, it also connected to this line 8, but in a way that leaves more difficult to pass the current.
  • the switching part 9 can thus be welded to the line 8 by a tip 10 and be constructed of a less electrically conductive material than the main part 7.
  • the parts 7 and 9 are designed to touch the sliding surface 2 together, at a short distance from each other, when the circuit breaker is closed.
  • the invention could be implemented with unitary fixed contacts such as those (3 and 4) of Figure 1, with perhaps less efficiency.
  • FIG 3 shows an embodiment of the invention where the fixed contacts 3 and 4 have been replaced by fixed contacts 11 and 12 constructed in accordance with Figure 2. It shows a switching state fairly close to the opening, where the main part 7 of the first fixed contact 11 is located not far from the end 6, the switching portion 9 being a little further away.
  • the moving contact, now 13, comprises an intermediate slope 19, one end face 20 is another interruption of the sliding track 2, and the main part 7 of the second fixed contact 12 is close.
  • the first part to separate will be the main part 7 of the second fixed contact 12 ( Figure 4); then the main part 7 of the first fixed contact 11 (Figure 5); then the switching portion 9 of the second fixed contact 12 ( Figure 6); and finally the switching portion 9 of the first fixed contact 11 ( Figure 7).
  • Some variants of operation are however accepted. This is how the main parts 7 can separate in any order, and the switching parts 9 likewise; they can also separate simultaneously; and the states of Figures 5 and 6 could occur in reverse order.
  • Curve 16 of FIG. 8 represents the current produced across the circuit breaker.
  • the switching arc 14 would, in the absence of the second arc 15, have a decreasing intensity in a substantially linear fashion, according to the segment 17, and interrupts at time t + ⁇ , the current being then taken up by the arc contacts 5.
  • the other switching arc 15 starts at or starts immediately after, at the instant to + At 2 (FIG. 9)
  • the segment 17, now noted 17 ' is interrupted and it is observed that the decrease of the simultaneous arcs 14 and 15 is then much faster, according to the following segment 18, so that their extinction arrives at the instant 3 ⁇ 4 + ⁇ 3, where ⁇ 3 is less than ⁇ .
  • the duration and average intensity of the arches, as well as the damage inflicted contacts, are then significantly reduced.
  • the same advantages are present with the operating variants indicated above, as well as with unitary fixed contacts, such as the conventional fixed contacts 3 and 4.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Disjoncteur à haute ou moyenne tension, où un contact mobile (1) est déplacé en coulissant, pour dégager des contacts fixes (11, 12) de sa surface de glissement (2). Conformément à l'invention, les contacts fixes (11, 12) possèdent des parties de commutation (9) séparées à peu près simultanément, grâce à une dénivellation supplémentaire (19) du contact mobile (1), afin de faire apparaître deux arcs de commutation simultanés (14, 15), qui s'éteignent beaucoup plus vite qu'un seul, avant que le courant ne soit communiqué vers les contacts d'arc (5) habituels. Cette disposition expose moins les contacts fixes (11, 12) et leur environnement à des dommages.

Description

INTERRUPTEUR OU DISJONCTEUR A MOYENNE OU HAUTE TENSION,
POURVU DE CONTACTS FIXES AMELIORES, ET PROCEDE D'UTILISATION
DESCRI PTION
Le sujet de l'invention présente est un interrupteur ou un disjoncteur, à moyenne ou haute tension, pourvu de contacts fixes améliorés, ainsi que le procédé d'utilisation de ce disjoncteur.
Da ns un tel appareillage, la comm utation entre un état fermé et un état ouvert s'effectue par le déplacement d'un contact mobile le long d'une course. Les contacts fixes touchent une surface de glissement du contact mobile, et le courant circule d'un contact fixe à l'autre à travers le contact mobile, jusqu'à ce qu'un des contacts fixes atteigne une interruption de la surface de glissement et quitte alors le contact.
I l est connu qu'un arc électrique se forme alors entre le contact mobile et le contact fixe isolé. Cet arc électrique a des effets néfastes, notamment en produisant des arrachements de particules conductrices et donc une érosion des contacts entre lesquels il s'étend, ainsi qu'une altération de l'atmosphère environnante. C'est pourquoi, très fréquemment, on adjoint aux contacts fixes dits permanents, décrits jusqu'ici, d'autres contacts appelés contacts d'arc, qui se touchent pendant le début de la course vers l'état ouvert et se séparent seulement après les contacts permanents. Le courant électrique est alors transféré à travers les contacts d'arc, en abandonnant les contacts permanents ; l'arc apparaît entre les contacts d'arc, à un endroit du dispositif qui peut être choisi pour faire encourir des dommages moins importants ; et il peut ensuite être soufflé par un courant de gaz, comprimé dans une chambre par la course de contact mobile puis relâché par l'ouverture d'une valve, ainsi qu'il est connu.
Si l'addition des contacts d'arcs est bénéfique, il faut souligner que l'arc électrique n'est pas complètement éliminé entre les contacts permanents, mais qu'il subsiste un arc bref, dit de commutation, jusqu'à ce que le courant passe entièrement par les contacts d'arc. Cet arc de commutation peut lui aussi endommager l'appareillage à cause de sa température élevée, pouvant s'élever à quelques centaines ou quelques milliers de degrés, produire une fusion locale et une éroson de la matière des contacts, et encore des projections de particules aux alentours. Il en résulte un affaiblissement de la tenue diélectrique de l'appareillage à travers les éléments solides ou le gaz environnant et des risques d'amorçages de courant et de claquages. C'est pourquoi, dans la demande de brevet français enregistrée sous le numéro de publication 3001575, on a imaginé de construire le contact mobile en deux parties séparées par de l'isolant, et un des contacts fixes en une partie principale et une partie auxiliaire. Le courant passe par la partie principale du contact fixe pendant le service normal, mais l'arc de commutation s'étend à partir de la partie auxiliaire. L'intérêt de ce dispositif est que le lieu d'apparition de l'arc de commutation peut être assez isolé pour qu'il crée des dommages moins importants, sans réduire toutefois l'arc lui-même.
Il serait encore concevable d'appliquer les techniques de soufflage d'arc aux arcs de commutation, mais cela n'est pas toujours commode, ni permis par tous les appareillages ; et l'utilisation d'un gaz de coupure diélectrique, impliquant la fermeture hermétique de l'appareillage, est souvent nécessaire alors.
L'invention procède d'une autre idée : diminuer l'arc de commutation, ainsi que ses effets, en le partageant en deux, et en le faisant apparaître simultanément ou presque aux deux contacts fixes.
L'invention est relative, sous une forme générale, à un appareillage électrique, interrupteur ou disjoncteur, comprenant un contact mobile doté d'une course de commutation d'un état fermé à un état ouvert de l'appareillage et d'une surface de glissement, un premier contact fixe et un second contact fixe touchant la surface de glissement, une première interruption de la surface de glissement franchie par le premier contact fixe pendant la course de commutation ; caractérisé en ce que la surface de glissement possède une seconde interruption franchie par le second contact fixe pendant la course de commutation, essentiellement en même temps que la première interruption est franchie par le premier contact fixe.
En d'autres termes, les contacts fixes franchissent ensemble les interruptions de la surface de glissement, c'est-à-dire en même temps, ou avec un léger décalage de temps choisi pour permettre à l'appareillage d'effectuer un procédé de coupure de courant où, en fonction d'une vitesse convenable du contact mobile pendant la course de l'état fermé à l'état ouvert, des arcs de commutation simultanés sont créés entre les parties de commutation et les interruptions de la surface de glissement du contact mobile.
Ce partage de l'arc de commutation entre les deux contacts fixes favorise son extinction rapide, et réduit ainsi le dégagement de chaleur qu'il produit et les dégâts aux contacts permanents. Cela est particulièrement visible dans un mode de réalisation particulièrement préféré de l'invention, où chacun des contacts fixes comprend une partie principale et une partie de commutation, la partie principale et la partie de commutation étant reliées électriquement, touchant toutes deux la surface de glissement, mais étant agencées de façon que de l'électricité passe préférentiellement par la partie principale entre le contact fixe et le contact mobile ; et en ce que, pour chacun des contacts fixes, la partie principale atteint l'interruption de la surface de glissement avant la portion de commutation. Ici encore, la condition à respecter est que les contacts fixes se déconnectent ensemble, simultanément ou presque, du contact mobile en franchissant une dénivellation de celui-ci.
L'invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée, en liaison aux figures suivantes :
- la figure 1 est une vue d'un disjoncteur à haute ou moyenne tension conforme à l'art antérieur ;
- la figure 2 illustre des contacts fixes permanents utilisables pour l'invention ;
- les figures 3, 4, 5, 6 et 7 détaillent les étapes de commutation, de la fermeture à l'ouverture, d'une réalisation de l'invention ;
- et les figures 8 et 9 représentent le déroulement d'extinction de l'arc de commutation.
La figure 1 représente schématiquement un disjoncteur conforme à l'art antérieur, où un contact mobile 1, en forme de tube, coulisse vers la gauche, sous l'action d'un mécanisme de commande, pour ouvrir le disjoncteur. Il comporte des surfaces de glissement, que touchent deux contacts fixes 3 et 4 (sur la même surface de glissement 2 ici, ce qui n'est pas nécessaire). Le disjoncteur est aussi pourvu de contacts d'arc 5 en glissement mutuel l'un sur l'autre et reliés électriquement au contact mobile 1 et au premier contact fixe 3. La surface de glissement 2 s'interrompt à une extrémité 6 du contact mobile 1. Quand le circuit électrique commandé par le disjoncteur s'ouvre, le premier contact fixe 3 se libère du contact mobile 1, et un arc de commutation apparaît brièvement entre eux, jusqu'à ce que le courant s'établisse à travers les contacts d'arc 5. Ces derniers se séparent ensuite eux aussi, après une course supplémentaire du contact mobile 1, ce qui ouvre véritablement le disjoncteur, tout en créant un arc entre les contacts d'arc 5, qui est éteint classiquement par un soufflage.
Les contacts fixes de l'invention peuvent avoir l'aspect représenté à la figure 2. Ils comprennent une partie principale 7, reliée directement à une ligne 8 de transport du courant, et une partie de commutation 9, qui est une partie auxiliaire, elle aussi reliée à cette ligne 8, mais d'une façon qui laisse plus difficilement passer le courant. La partie de commutation 9 peut ainsi être soudée à la ligne 8 par un embout 10 et être construite en un matériau moins bon conducteur de l'électricité que la partie principale 7. Les parties 7 et 9 sont conçues pour toucher la surface de glissement 2 ensemble, à peu de distance l'une de l'autre, quand le disjoncteur est fermé. L'invention pourrait être mise en œuvre avec des contacts fixes unitaires tels que ceux (3 et 4) de la figure 1, avec peut-être une efficacité moindre.
On se reporte à la figure 3, qui représente une réalisation de l'invention où les contacts fixes 3 et 4 ont été remplacés par des contacts fixes 11 et 12 construits conformément à la figure 2. On a représenté un état de commutation assez proche de l'ouverture, où la partie principale 7 du premier contact fixe 11 est située non loin de l'extrémité 6, la partie de commutation 9 étant un peu plus éloignée. Le contact mobile, maintenant 13, comprend une dénivellation intermédiaire 19, dont une face d'extrémité 20 constitue une autre interruption de la piste de glissement 2, et dont la partie principale 7 du second contact fixe 12 est proche.
Il résulte de cet agencement que, la course du disjoncteur se poursuivant vers l'ouverture, les parties 7 et 9 des contacts fixes 11 et 12 se sépareront de la surface de glissement 2, en franchissant soit l'extrémité 6, soit la face d'extrémité 20 de la dénivellation intermédiaire 19. L'ordre de séparation pourra être le suivant.
La première partie à se séparer sera la partie principale 7 du second contact fixe 12 (figure 4) ; puis la partie principale 7 du premier contact fixe 11 (figure 5) ; puis la partie de commutation 9 du second contact fixe 12 (figure 6) ; et enfin la partie de commutation 9 du premier contact fixe 11 (figure 7). Certaines variantes de fonctionnement sont toutefois acceptées. C'est ainsi que les parties principales 7 peuvent se séparer dans un ordre quelconque, et les parties de commutation 9 de même ; elles peuvent aussi se séparer simultanément ; et les états des figures 5 et 6 pourraient survenir dans l'ordre inverse.
Aux séparations des parties 7 et 9 des contacts 11 et 12, les courants passent par les parties de commutation 9 quand les parties principales 7 sont séparées du contact mobile 1, et des arcs de commutation 14 et 15 apparaissent quand les parties de commutation 9 se séparent du contact mobile 1. Il est conforme à l'invention que les arcs de commutation 14 et 15 subsistent simultanément pendant un instant, ce que représente la figure 7, pour les raisons qu'on va maintenant détailler au moyen des dernières figures. Cela est dû à la séparation simultanée ou quasi simultanée des contacts fixes 11 et 12, qui franchissent l'extrémité 6 et la face d'extrémité 20 à un intervalle de temps avantageusement inférieur à une demi-période du courant, grâce à une vitesse adaptée de déplacement du contact mobile 1.
La courbe 16 de la figure 8 représente le courant produit aux bornes du disjoncteur. Quand l'état de la figure 6 est atteint, à l'instant to, l'arc de commutation 14 aurait, en l'absence du second arc 15, une intensité décroissant de façon sensiblement linéaire, selon le segment 17, et s'interrompt à l'instant t + Δΐι, le courant étant ensuite repris par les contacts d'arc 5. Mais si, conformément à l'invention, l'autre arc de commutation 15 commence à to ou commence immédiatement après, à l'instant to + At2 (figure 9), le segment 17, maintenant noté 17', s'interrompt et on observe que la décroissance des arcs 14 et 15 simultanés est ensuite beaucoup plus rapide, selon le segment 18 suivant, de sorte que leur extinction arrive à l'instant ¾ + Δΐ3, où Δΐ3 est inférieur à Δΐι. La durée et l'intensité moyenne des arcs, ainsi que les dommages infligés aux contacts, sont alors nettement réduits. Les mêmes avantages restent présents avec les variantes de fonctionnement indiquées plus haut, de même qu'avec des contacts fixes unitaires, tels que les contacts fixes 3 et 4 classiques.

Claims

REVENDICATIONS
1) Appareillage électrique interrupteur ou disjoncteur, comprenant un contact mobile (13) doté d'une course de commutation d'un état fermé à un état ouvert de l'appareillage et d'une surface de glissement (2), un premier contact fixe (11) et un second contact fixe (12) touchant la surface de glissement ; une première interruption (6) de la surface de glissement, franchie par le premier contact fixe (11) pendant la course de commutation ; caractérisé en ce que la surface de glissement possède une seconde interruption (20) franchie par le second contact fixe (12) pendant la course de commutation, essentiellement en même temps que la première interruption est franchie par le premier contact fixe.
2) Appareillage électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des contacts fixes comprend une partie principale (7) et une partie de commutation (9), la partie principale et la partie de commutation étant reliées électriquement, touchant toutes deux la surface de glissement (2), mais étant agencées de façon que de l'électricité passe préférentiellement par la partie principale entre le contact fixe et le contact mobile ; et en ce que, pour chacun des contacts fixes, la partie principale atteint l'interruption de la surface de glissement avant la portion de commutation.
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