EP0239932B1 - Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression - Google Patents

Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression Download PDF

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EP0239932B1
EP0239932B1 EP87104480A EP87104480A EP0239932B1 EP 0239932 B1 EP0239932 B1 EP 0239932B1 EP 87104480 A EP87104480 A EP 87104480A EP 87104480 A EP87104480 A EP 87104480A EP 0239932 B1 EP0239932 B1 EP 0239932B1
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circuit breaker
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contacts
arc
volume
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Denis Dufournet
Satoru Yanabu
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Definitions

  • the present invention relates to a pressurized dielectric gas circuit breaker, of the type comprising a blowing chamber and a thermal volume.
  • the blowing chamber comprises means such as a cylinder and piston to compress the gas during the opening operation and direct it, through a blowing nozzle, on the arc to be cut, like this. is for example known according to document FR-A-2 356 258.
  • thermal volume denotes a volume opening onto an area close to that where the arc is formed when the circuit breaker opens.
  • the gas of this volume is heated by the arc and its pressure increases.
  • the energy thus accumulated is generally used to contribute to the blowing of the arc and / or constitute an additional energy for the operation of the circuit breaker.
  • the arc In the case where the current to be cut is low (nominal current or lower), the arc is low and the thermal volume plays a negligible role in breaking the arc which must then be ensured by the blowing chamber.
  • the gas heated by the arc is sent directly to the arc to be cut.
  • this gas does not have all the dielectric qualities required for perfect arc cutting, due to the impurities it contains and the ionization of some of its molecules.
  • An object of the invention is to use the energy of the arc to send a jet of fresh gas onto the arc and not a hot and polluted gas.
  • Gas heated by the arc has sometimes been used to push fresh gas onto the arc with a piston.
  • An object of the invention is to push fresh gas without mechanical means.
  • the circuit breaker comprises an insulating envelope 1 and contains a dielectric gas such as sulfur hexafluoride under a pressure of a few bars.
  • the breaking chamber comprises a fixed assembly and a mobile assembly.
  • the fixed assembly comprises a metal block 2 connected to an outlet not shown; on the block 2 is fixed a part 3 comprising a tubular part 3A at the end of which is arranged a ring 4 constituting the fixed main contact of the circuit breaker.
  • a cylindrical part 6 in the thickness of which are formed channels such as 7 which pass through it parallel to its axis.
  • the annular volume between the cylinders 6 and 3A is designated by 8. Canals? communicate with the volume 8 by an annular volume 9 formed between the parts 3 and 6.
  • a tubular part 14 At the end of the tube 6, and on the interior side, is fixed a tubular part 14 to which is subjected a ring of arcing contact fingers 15.
  • an insulating tip 16 terminated by an annular electrode 17 with floating potential.
  • the fixed main contact is extended by an insulating nozzle 19 defining with the insulating nozzle 16 a passage 20.
  • the passage 20 communicates with the passage 8 by means of a movable valve 21, coming into contact under the action of a spring 22 with a step 6A of the tube 6.
  • the passage 20 also communicates, by a passage 24, with a blowing volume 25 delimited by an insulating cylinder 26, a semi-mobile piston 27 and a crown 3B forming part of the part 3.
  • the piston moves under the action of a spring 28 arranged in a tubular housing 29.
  • the piston is extended by a guide cylinder 30.
  • a ring 33 guides the cylinder 30.
  • References 34 and 35 designate pressure balancing holes.
  • the insulating part 16 and the fingers 15 define a thermal volume 36 opening onto the area where an arc forms when the circuit breaker opens.
  • the thermal volume 36 is closed by the tubular end portion of the movable part 40 constituting the movable arcing contact.
  • the thermal volume 36 remains closed by means of a socket 37 pushed by a spring 38.
  • the socket 37 has an end 37A of insulating material.
  • the tube 40 constituting the movable arcing contact is terminated by a tip 40A of alloy resistant to wear due to the arcing.
  • the movable part of the switching chamber carries a set of permanent contact fingers 41, cooperating with contact 4.
  • the fingers 41 are protected by a scent-proof cover 42 also serving as a pusher for the tube 26.
  • the mobile assembly is connected by sliding contacts not shown to an outlet not shown.
  • the circuit breaker works as follows.
  • FIG. 3A Reference is made to FIG. 3A.
  • the arc A1 which gushes out, during the separation of the arcing contacts, between the fingers 15 and the electrode 17, produces in the thermal chamber 36 an increase in pressure insufficient to move the valve 21.
  • Arc A2 which is established between electrode 17 and movable arc contact 40 is cut off by the jet of compressed gas coming from blowing volume 25 and which passes through passage 20.
  • FIG. 3B Reference is made to FIG. 3B.
  • the pressure generated by the arc A1 is so high that it succeeds in overcoming the pressure of the spring 22 and the back pressure of the volume 25.
  • the valve 21 opens under the action of the gas contained in the channels 8 and which are pushed by the pressure generated in the volume 36.
  • the gas of the channels 8 is fresh thanks to the volume of gas 7 which isolates the gas from the channels of the thermal chamber 36.
  • the gas from the channels 8 flows through the blowing nozzle 20 and comes to cut the arc A2.
  • the fresh compressed gas in volume 25 can then escape through passages 24 and 20, and ensure the dielectric strength of the device.
  • the invention thus makes it possible to use the thermal energy of the arc under the best conditions.
  • the invention applies to high voltage circuit breakers.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression, du type comprenant une chambre de soufflage et un volume thermique. Dans ce type d'appareil, la chambre de soufflage comprend des moyens tels que cylindre et piston pour comprimer le gaz au moment de la manoeuvre d'ouverture et le diriger, à travers une buse de soufflage sur l'arc à couper, comme cela est par exemple connu selon le document FR-A-2 356 258.
  • Par volume thermique, on désigne un volume s'ouvrant sur une zone proche de celle où se forme l'arc au moment de l'ouverture du disjoncteur.
  • Le gaz de ce volume est échauffé par l'arc et sa pression augmente.
  • L'énergie ainsi accumulée est généralement utilisée pour contribuer au soufflage de l'arc et/ou constituer un appoint d'énergie pour la manoeuvre du disjoncteur.
  • Dans le cas où le courant à couper est faible (courant nominal ou inférieur), l'arc est faible et le volume thermique joue un rôle négligeable dans la coupure de l'arc qui doit alors être assurée par la chambre de soufflage.
  • Si au contraire le courant à couper est élevé (courant de court-circuit), l'arc est important et l'énergie accumulée dans le volume thermique est importante.
  • Dans certains dispositifs de type connu, le gaz échauffé par l'arc est envoyé directement sur l'arc à couper. Or, ce gaz n'a pas toutes les qualités diélectriques requises pour une parfaite coupure de l'arc, en raison des impuretés qu'il contient et de l'ionisation de certaines de ses molécules.
  • Un but de l'invention est d'utiliser l'énergie de l'arc pour envoyer un jet de gaz frais sur l'arc et non un gaz chaud et pollué.
  • On a parfois utilisé le gaz chauffé par l'arc pour pousser du gaz frais sur l'arc au moyen d'un piston. Un but de l'invention est de pousser du gaz frais sans moyens mécaniques.
  • L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression du type comprenant:
    • - un ensemble fixe comprenant des contacts principaux et des contacts d'arc,
    • - un ensemble mobile comprenant des contacts principaux et des contacts d'arc,
    • - une chambre de soufflage comprenant un piston se déplaçant à la séparation des contacts et poussant du gaz comprimé de soufflage par une buse sur la zone où se forme l'arc et
    • - un volume thermique caractérisé en ce que le volume thermique est en communication avec la partie aval de la buse de soufflage par des canaux et passages allongeant le chemin entre le volume thermique et ladite buse, ladite communication étant obturée par un clapet calibré qui ne s'ouvre que lorsque la pression dans lesdits canaux et passages atteint une valeur de seuil, ledit clapet obturant, lorsque ladite communication est ouverte, le passage entre la chambre de soufflage et la buse.
  • L'invention est précisée par la description ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel:
    • - la figure 1 est une vue partielle schématique en coupe axiale d'une chambre de coupure d'un disjoncteur selon l'invention, en position fermée,
    • - la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1,
    • -la figure 3A est une vue partielle en coupe axiale de la même chambre au cours de la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur pour la coupure d'un courant de faible intensité,
    • -la figure 3B est une vue partielle en coupe axiale de la même chambre au cours de la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur pour la coupure d'un courant de forte intensité,
    • - la figure 4 est une vue partielle en coupe axiale de la même chambre en position de fin de course d'ouverture.
  • Toutes les figures ci-après sont des vues en coupe passant par l'axe XX' du disjoncteur, toutes les pièces représentées sont de révolution autour de cet axe.
  • Le disjoncteur comprend une enveloppe isolante 1 et contient un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars.
  • La chambre de coupure comprend un ensemble fixe et un ensemble mobile. L'ensemble fixe comprend un bloc métallique 2 relié à une prise de courant non représentée; sur le bloc 2 est fixée une pièce 3 comprenant une partie tubulaire 3A à l'extrémité de laquelle est disposée une couronne 4 constituant le contact principal fixe du disjoncteur.
  • A la pièce 3 estfixée une pièce cylindrique 6 dans l'épaisseur de laquelle sont pratiqués des canaux tels que 7 qui la traversent parallélement à son axe.
  • On désigne par 8 le volume annulaire compris entre les cylindres 6 et3A. Les canaux? communiquent avec le volume 8 par un volume annulaire 9 ménagé entre les pièces 3 et 6.
  • A l'extrémité du tube 6, et du côté intérieur, est fixée une pièce tubulaire 14 sur laquelle est assujettie une couronne de doigts de contact d'arc 15.
  • A l'extrémité du tube 6, du côté extérieur, est disposé un embout 16 isolant terminé par une électrode annulaire 17 à potentiel flottant.
  • Le contact principal fixe est prolongé par une buse isolante 19 définissant avec l'embout isolant 16 un passage 20.
  • Le passage 20 communique avec le passage 8 par l'intermédiaire d'un clapet mobile 21, venant en contact sous l'action d'un ressort 22 avec un redan 6A du tube 6.
  • En régime permanent, que le disjoncteur soit ouvert ou fermé, la communication entre le passage 8 et le passage 20 est fermée par le clapet 21.
  • Le passage 20 communique également, par un passage 24, avec un volume de soufflage 25 délimité par un cylindre isolant 26, un piston semi-mobile 27 et une couronne 3B faisant partie de la pièce 3.
  • Le piston se déplace sous l'action d'un ressort 28 disposé dans un logement tubulaire 29.
  • Le piston est prolongé par un cylindre de guidage 30.
  • Des joints 31 et 32 assurent l'étanchéité du volume 25.
  • Une bague 33 assure le guidage du cylindre 30.
  • Les références 34 et 35 désignent des trous d'équilibrage de pression.
  • La pièce isolante 16 et les doigt 15 définissent un volume thermique 36 débouchant sur la zone où se forme un arc lors de l'ouverture du disjoncteur. Lorsque le disjoncteur est en position fermée le volume thermique 36 est fermé par la partie terminale tubulaire de la pièce mobile 40 constituant le contact d'arc mobile.
  • Lorsque le disjoncteur s'ouvre le volume thermique 36 reste fermé grâce à une douille 37 poussée par un ressort 38.
  • La douille 37 possède une extrémité 37A en matériau isolant.
  • Le tube 40 constituant le contact d'arc mobile est terminée par un embout 40A en alliage résistant à l'usure due à l'arc.
  • La partie mobile de la chambre de coupure porte un jeu de doigts de contacts permanents 41, coopérant avec le contact 4.
  • Les doigts 41 sont protégés par un capot 42 pare-effluves servant également de poussoir pour le tube 26.
  • L'ensemble mobile est relié par des contacts glissants non représentés à une prise de courant non représentée.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant.
  • Lorsque le disjoncteur est fermé (figure 1) le courant passe par le bloc 2, le cylindre 3, le contact 4, les doigts 41 et la pièce mobile 40.
    • Coupure de courant de faible intensité (courant nominal ou courant capacitif)
  • On se référera à la figure 3A.
  • L'arc A1 qui jaillit, lors de la séparation des contacts d'arc, entre les doigts 15 et l'électrode 17, produit dans la chambre thermique 36 une augmentation de pression insuffisante pour déplacer le clapet 21.
  • La coupure de l'arc A2 qui s'établit entre l'électrode 17 et le contact d'arc mobile 40 est assurée par le jet de gaz comprimé provenant du volume de soufflage 25 et qui traverse le passage 20.
    • Coupure des courants de forte intensité (courants de court-circuit)
  • On se référera à la figure 3B.
  • La pression engendrée par l'arc A1 est si élevée qu'elle réussit à vaincre la pression du ressort 22 et la contre-pression du volume 25.
  • Le clapet 21 s'ouvre sous l'action du gaz contenu dans les canaux 8 et qui sont poussés par la pression engendrée dans le volume 36. Le gaz des canaux 8 est frais grâce au volume de gaz 7 qui isole le gaz des canaux de la chambre thermique 36.
  • Le gaz des canaux 8 s'écoule par la buse de soufflage 20 et vient couper l'arc A2.
  • Aussitôt l'arc A1 s'éteint, la pression de la chambre 36 diminue brusquement entraînant la fermeture du clapet 21.
  • Le gaz comprimé frais du volume 25 peut alors s'échapper par les passages 24 et 20, et assurer la tenue diélectrique de l'appareil.
  • L'invention permet ainsi d'utiliser l'énergie thermique de l'arc dans les meilleures conditions.
  • L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute tension.

Claims (3)

1. Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression du type comprenant:
un ensemble fixe (3, 6) comprenant des contacts principaux (4) et des contacts d'arc (15),
un ensemble mobile comprenant des contacts principaux (41) et des contacts d'arc (40A),
une chambre de soufflage (25) comprenant un piston (27) se déplaçant à la séparation des contacts et poussant du gaz comprimé de soufflage vers la buse (19) située dans la zone où se forme l'arc et
- un volume thermique

caractérisé en ce que le volume thermique (36) est en communication avec la partie aval de la buse (19) de soufflage par des canaux (7) et passages (8, 9) allongeant le chemin entre le volume thermique et ladite buse (19), ladite communication étant obturée par clapet (21) calibré qui ne s'ouvre que lorsque la pression ns lesdits canaux (7) et passages (8, 9) atteint une valeur de seuil, ledit clapet (21) obturant, lorsque ladite communication est ouverte, le passage (24) entre la chambre de soufflage (25) et la buse.
2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode annulaire (17) disposée entre le col de la buse (19) et l'extrémité des contacts d,arc fixes (15).
3. Disjoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une douille isolante (37) semi-mobile assurant la fermeture du volume thermique (36) après la séparation des contacts d'arc (15, 40).
EP87104480A 1986-04-01 1987-03-26 Disjoncteur à haute tension à gaz diélectrique sous pression Expired - Lifetime EP0239932B1 (fr)

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