EP0721197A1 - Disjoncteur à deux chambres de coupure par pÔles - Google Patents

Disjoncteur à deux chambres de coupure par pÔles Download PDF

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EP0721197A1
EP0721197A1 EP96400006A EP96400006A EP0721197A1 EP 0721197 A1 EP0721197 A1 EP 0721197A1 EP 96400006 A EP96400006 A EP 96400006A EP 96400006 A EP96400006 A EP 96400006A EP 0721197 A1 EP0721197 A1 EP 0721197A1
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EP
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mobile
semi
assembly
chamber
circuit breaker
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Michel Perret
Denis Dufournet
Joseph Martin
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Grid Solutions SAS
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GEC Alsthom T&D SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/14—Multiple main contacts for the purpose of dividing the current through, or potential drop along, the arc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H2033/028—Details the cooperating contacts being both actuated simultaneously in opposite directions

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker with two pole breaking chambers, arranged in T or V.
  • An object of the present invention is to provide such a circuit breaker in which the operating energy is reduced, so that the cost of the device with its control is reduced.
  • circuit breakers with two breaking chambers there is usually a fixed part, comprising main contacts, arcing contacts and a blowing piston, and a mobile part comprising fixed and mobile contacts and a blowing cylinder.
  • the piston is placed on the mobile part, the cylinder then being fixed.
  • the mobile part is set in motion, when it is triggered or engaged, using rods connected by a connecting rod to an operating rod set in motion by a control placed at the base of the column supporting the two switching chambers.
  • the tripping energy is proportional to the mass of the moving parts and to the square of the relative speed of contact separation. The latter is imposed mainly by the characteristics of the current to be cut and by the pressure of the insulating gas.
  • the energy of the control can be reduced by reducing the mass of the moving parts, but these reductions are necessarily limited by the need for a robust and reliable device.
  • the idea behind the present invention is that the energy can be reduced if the tripping speed is halved, by communicating simultaneously to the mobile assembly and to the so-called “fixed” assembly, the same speed equal to half the relative speed of contact separation mentioned above.
  • the assembly usually fixed, and to provide the mobile assembly and the semi-mobile assembly with means to be, at tripping, driven in opposite directions with opposite speeds.
  • Another object of the invention is to house the balancing capacitors economically, by eliminating the conventional insulating columns.
  • the idea behind the solution to this problem is to produce the rods connecting the semi-mobile assembly of one chamber to the mobile element of the other chamber using tubes inside which elements are placed. of capacitors.
  • the invention therefore relates to a circuit breaker with two interrupting chambers arranged in T or V at the end of a column provided at its base with a control driving an operating rod, each chamber comprising a movable assembly connected by a connecting rod to said rod and comprising main contacts and arcing contacts, characterized in that each chamber comprises a semi-mobile assembly comprising main contacts and arcing contacts cooperating respectively with the main contacts and the contacts arc of the mobile assembly, the semi-mobile assembly in each of the chambers, comprising means for setting in motion at an equal module speed and opposite direction to the speed of the mobile assembly with which it cooperates.
  • the semi-mobile assembly of each of the chambers is connected by a rod to the mobile assembly of the other chamber.
  • said rod comprises a tube enclosing elements of capacitors arranged in series and constituting a capacitor, the ends of which are connected respectively to the semi-mobile element of one chamber and to the mobile element of the other chamber.
  • Figure 1 shows a pole of a circuit breaker with two T-shaped interrupting chambers.
  • a three-phase circuit breaker will include three identical poles.
  • FIG. 1 We distinguish in Figure 1 two interrupting chambers 1 and 1 'arranged at the top of an insulating column 3.
  • the chambers are connected to the column by a metal casing 4.
  • At the base of the column there is a command 2 for maneuvering the pole.
  • the chamber 1 comprises an insulating envelope 10, for example made of ceramic, fixed by one end to the casing 4 and closed at the other end by a flange 11 constituting a socket.
  • the cylinder 14 cooperates with a metal piston 24 disposed at the end of a cylindrical part 25 fixed to the metal flange 4. Electrical contacts 26 ensure the passage of current between the cylinder 14 and the cylinder 25.
  • the mobile assembly is driven by a connecting rod 30 connected by a connecting rod 31 to an operating rod 32 actuated by the control placed at the base of the column 3.
  • the circuit breaker opens (trips) by moving the rod 32 up and down under the action of the circuit breaker control.
  • the mobile assemblies 12-13-14 and 12'-13'-14 ' move simultaneously in a movement tending to bring them together.
  • the semi-mobile assemblies are subject to performing simultaneous movements, at a module speed equal and in the opposite direction to that of the mobile assemblies. In the embodiment described and shown, this is obtained by securing the mobile assembly 12-13-14 of the chamber 1 to the semi-mobile assembly 17'-18 'of the chamber 1', and the assembly semi-mobile 17-18 from chamber 1 to the mobile assembly 12'-13'-14 'from chamber 1'.
  • the semi-mobile assembly 17-18 is connected to the mobile assembly 12'-13'-14 'by insulating rods 41A-41B and 42A-42B.
  • the rods are produced in two parts assembled in the casing by a coupling such as 43; the rods 41A and 42A are connected by an axial rod 44 passing through a slot 45 in the cylinder 20. These rods pass through the wall of the casing through openings 46 and 46 'of the casing.
  • the rods 41B and 42B pass through the casing and are fixed at two diametrically opposite points on the cylinder 14 '.
  • the mobile assembly 12-13-14 of the chamber 1 to the semi-mobile assembly 17'-18 'of the chamber 1' is carried out in a similar manner by rods 51A-51B, 52A-52B arranged angularly at 90 degrees rods 41A-41B, 42A-42B.
  • the invention by keeping the same relative speed of separation of the contacts, the cimetic energy to be used when tripping is divided by 4, if the moving masses are unchanged.
  • the presence of the connecting rods is used to house the capacitors.
  • the tube 42A is made of insulating material and a plurality of pellets 60 are placed inside it which are as many capacitive elements in series.
  • the tube 42B is made of metal.
  • the tightening is carried out by means of a metal screw 61 passing through the axial rod 44 and a spring 62 resting on a metal block 63 welded inside the tube 42B.
  • the electrical contact between the end 60B of the stack and the block 63 can be improved by means of a metal braid 64.
  • the electrical and mechanical connection between the tube 42B and the mobile assembly 14 ' is ensured by means of a pin 65.
  • the voltage distribution in the absence of balancing capacitors, is around 70% -30%.
  • Fume hoods such as hoods 70 and 71 can be provided, to smooth the curves of potential in the vicinity of the junction between the rods and the semi-mobile and mobile elements.
  • the invention is not limited to the embodiment described and shown, and can be applied, for example, to circuit breakers having, for each pole, two V-shaped chambers.

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  • Circuit Breakers (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Disjoncteur à deux chambres de coupure (10, 10') par pôle, disposées en T ou en V à l'extrémité d'une colonne (3) munie à sa base d'une commande entraînant une tringle de manoeuvre (32) , chaque chambre comprenant un ensemble mobile (12, 13, 14) relié par un embiellage (30, 31) à ladite tringle (32) et comprenant des contacts principaux (12) et des contacts d'arc ((13), caractérisé en ce que chaque chambre comprend un ensemble semi-mobile ((17-18) comportant de contacts principaux (17) et des contacts d'arc (18) coopérant respectivement avec les contacts principaux (12) et les contacts d'arc (13) de l'ensemble mobile, l'ensemble semi-mobile dans chacune des chambres, comprenant des moyens (41A-41B, 42A-42B, 51A-51B, 52A-52B) de mise en mouvement à une vitesse de module égal et de sens opposé à la vitesse de l'ensemble mobile avec lequel il coopère.

Description

  • La présente invention est relative à un disjoncteur à deux chambres de coupure par pôles, disposées en T ou en V.
  • Un but de la présente invention est de réaliser un tel disjoncteur dans lequel l'énergie de manoeuvre est réduite, de sorte que le côut de l'appareil avec sa commande est réduit.
  • Dans les disjoncteurs à deux chambres de coupure, on trouve habituellement une partie fixe, comprenant des contacts principaux, des contacts d'arc et un piston de soufflage, et une partie mobile comprenant des contacts fixes et mobiles et un cylindre de soufflage. On notera qu'en variante le piston est placé sur la partie mobile, le cylindre étant alors fixe. La partie mobile est mise en mouvement, lors d'un déclenchement ou d'un enclenchement, à l'aide de tringles reliées par un embiellage à une tige de manoeuvre mise en mouvement par une commande placée à la base de la colonne supportant les deux chambres de coupure.
  • L'énergie de manoeuvre de déclenchement est proportionnelle à la masse des pièces mobiles et au carré de la vitesse relative de séparation des contacts. Cette dernière est imposée principalement par les caractéristiques du courant à couper et par la pression du gaz d'isolement. On peut réduire l'énergie de la commande en réduisant la masse des pièces en mouvement, mais ces réductions sont nécessairement limitées par la nécessité d'avoir un appareil robuste et fiable.
  • L'idée qui préside à la présente invention est que l'énergie peut être réduite si on divise par deux la vitesse de déclenchement, en communiquant simultanément à l'ensemble mobile et à l'ensemble dit "fixe", une même vitesse égale à la moitié de la vitesse relative de séparation des contacts mentionnée plus haut. On comprend alors qu'il faut rendre "semi-mobile", dans chacune des chambres de coupure, l'ensemble habituellement fixe, et doter l'ensemble mobile et l'ensemble semi-mobile de moyens pour être, au déclenchement, entraînés en sens inverse avec des vitesses opposées.
  • On sait que la tension aux bornes de chacune des chambres du pôle n'est généralement pas égale à la moitié de la tension totale de la ligne. On trouve le plus souvent une répartition de tension voisine de 70% et 30% de la tension de la ligne; pour éviter d'avoir à surdimensionner les chambres afin de permettre la coupure de tensions supérieures à la moitié de la tension de ligne, il est bien connu de disposer, en parallèle sur chaque chambre de coupure, des condensateurs de répartition de tension, appelés condensateurs d'équilibrage. Ces condensateurs sont généralement placés dans des colonnes céramiques disposées au-dessus des chambres de coupure. Ces colonnes sont coûteuses.
  • Un autre but de l'invention est de loger les condensateurs d'équilibrage de manière économique, en supprimant les colonnes isolantes classiques. L'idée qui sous-tend la solution à ce problème est de réaliser les tringles reliant l'ensemble semi-mobile d'une chambre à l'élément mobile de l'autre chambre selon des tubes à l'intérieur desquels sont placés des éléments de condensateurs.
  • L'invention a donc pour objet un disjoncteur à deux chambres de coupure disposés en T ou en V à l'extrémité d'une colonne munie à sa base d'une commande entraînant une tringle de manoeuvre, chaque chambre comprenant un ensemble mobile relié par un embiellage à ladite tringle et comprenant des contacts principaux et des contacts d'arc, caractérisé en ce que chaque chambre comprend un ensemble semi-mobile comportant des contacts principaux et des contacts d'arc coopérant respectivement avec les contacts principaux et les contacts d'arc de l'ensemble mobile, l'ensemble semi-mobile dans chacune des chambres, comprenant des moyens de mise en mouvement à une vitesse de module égal et de sens opposé à la vitesse de l'ensemble mobile avec lequel il coopère.
  • Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble semi-mobile de chacune des chambres est reliée par une tringle à l'ensemble mobile de l'autre chambre.
  • Avantageusement, la ladite tringle comporte un tube enfermant des éléments de condensateurs disposés en série et constituant un condensateur dont les extrémités sont reliées respectivement à l'élément semi-mobile d'une chambre et à l'élément mobile de l'autre chambre.
  • L'invention sera bien comprise à la lecture de la description d'un exemple de réalisation de l'invention, en déférence au dessin annexé dans lequel:
    • la figure 1 est une vue en élévation d'un pôle de disjoncteur à deux chambres de coupure en T,
    • la figure 2 est une vue partielle en coupe axiale partielle des chambres de coupure du pôle, le disjoncteur étant en position enclenchée,
    • la figure 3 est une vue partielle en coupe axiale partielle des chambres de coupure du pôle, le disjoncteur étant en position déclenchée,
    • la figure 4 est une vue en coupe axiale, à une échelle agrandie, d'une chambre de coupure du pôle, en coupe axiale d'un disjoncteur à deux chambres de coupure en T,
    • les figures 5, 6 et 7 sont des vues en coupe respectivement selon les lignes V-V, VI-VI et VII-VII de la figure 4
    • la figure 8 est une vue en coupe d'une tringle enfermant des éléments capacitifs.
  • La figure 1 montre un pôle d'un disjoncteur à deux chambres de coupure en T. Un disjoncteur triphasé comprendra trois pôles identiques.
  • On distingue dans la figure 1 deux chambres de coupure 1 et 1' disposées au sommet d'une colonne isolante 3. Les chambres sont reliées à la colonne par un carter métallique 4. A la base de la colonne, on trouve une commande 2 pour la manoeuvre du pôle.
  • On se référera maintenant aux figures 2 à 4.
  • Les deux chambres du pôle étant identiques, seule la chambre 1 sera décrite en détail, les éléments correspondants de la chambre 1' recevant les mêmes numéros de référence dotés du signe "prime" ( ' ).
  • La chambre 1 comprend une enveloppe isolante 10, par exemple en céramique, fixée par une extrémité au carter 4 et fermée à l'autre extrémité par un flasque 11 constituant une prise de courant.
  • La chambre comprend:
    • un contact principal mobile 12, solidaire d'un contact d'arc mobile 13, d'un cylindre de soufflage 14 et d'une buse de soufflage 15,
    • un contact principal semi-mobile 17 solidaire d'un contact d'arc semi-mobile. Le contact d'arc semi-mobile 18 est guidé dans un cylindre métallique 20 solidaire du flasque 11. Des contacts électriques 21 assurent le passage du courant entre les contacts semi-mobiles et la prise de courant 11.
  • Le cylindre 14 coopère avec un piston métallique 24 disposé à l'extrémité d'une pièce cylindrique 25 fixée au flasque métallique 4. Des contacts électriques 26 assurent le passage du courant entre le cylindre 14 et le cylindre 25.
  • L'ensemble mobile est entraîné par une bielle 30 reliée par un embiellage 31 à une tringle de manoeuvre 32 actionnée par la commande placée à la base de la colonne 3.
  • Lorsque le disjoncteur est fermé, le courant circule entre le flasque 11, le cylindre 20, les contacts 21, le contact semi-mobile 17, le contact mobile 12, le cylindre 14, les contacts 26, le cylindre 25, le flasque 4, le cylindre 25', les contacts 26', le cylindre 14', le contact mobile 12', le contact semi-mobile 17', les contacts 21', le cylindre 20' et le flasque 11'.
  • L'ouverture (déclenchement) du disjoncteur est assurée par un déplacement de haut en bas de la tringle 32 sous l'action de la commande du disjoncteur. Les ensembles mobiles 12-13-14 et 12'-13'-14' se déplacent simultanément dans un mouvement tendant à les rapprocher.
  • Selon le principe de l'invention, les ensembles semi-mobiles sont assujettis à effectuer des mouvements simultanés, à une vitesse de module égal et de sens opposé à celle des ensembles mobiles. Dans l'exemple de réalisation décrit et représenté, ceci est obtenu en solidarisant l'ensemble mobile 12-13-14 de la chambre 1 à l'ensemble semi-mobile 17'-18' de la chambre 1', et l'ensemble semi-mobile 17-18 de la chambre 1 à l'ensemble mobile 12'-13'-14' de la chambre 1'.
  • Ceci est réalisé au moyen de tringles isolantes. Ainsi l'ensemble semi-mobile 17-18 est relié à l'ensemble mobile 12'-13'-14' par des tringles isolantes 41A-41B et 42A-42B. Pour faciliter le montage, les tringles sont réalisées en deux parties assemblées dans le carter par un accouplement tel que 43; les tringles 41A et 42A sont reliées par une tige axiale 44 traversant une fente 45 dans le cylindre 20. Ces tringles traversent la paroi du carter par des ouvertures 46 et 46' du carter. Les tringles 41B et 42B traversent le carter et sont fixées à deux points diamétralement opposés du cylindre 14'.
  • L'ensemble mobile 12-13-14 de la chambre 1 à l'ensemble semi-mobile 17'-18' de la chambre 1' est effectué de manière analogue par des tringles 51A-51B, 52A-52B disposées angulairement à 90 degrés des tringles 41A-41B, 42A-42B.
  • On voit, dans la figure 3, que lors d'une manoeuvre d'ouverture, les ensembles mobile et semi-mobile se déplacent avec des vitesses de module égal et de sens opposé. Grâce à cette disposition, l'énergie de manoeuvre peut être réduite de manière notable.
  • Grâce à l'invention, en conservant la même vitesse relative de séparation des contacts, on divise par 4 l'énergie cimétique à mettre en oeuvre au déclenchement, si les masses mobiles sont inchangées.
  • Selon la seconde caractéristique de l'invention, on utilise la présence des tiges de liaison pour loger les condensateurs.
  • On prendra comme exemple la tige 42A-42B, reliant l'ensemble semi-mobile 20 de la chambre de gauche à l'ensemble mobile 14' de la chambre de droite (Fig.8).
  • Le tube 42A est réalisé en matériau isolant et on a placé à son intérieur une pluralité de pastilles 60 qui sont autant d'éléments capacitifs en série. Le tube 42B est réalisé en métal.
  • L'ensemble des éléments capacitifs est serré entre deux plaques métalliques terminales 60A et 60B.
  • Le serrage s'effectue au moyen d'une vis métallique 61 traversant la tige axiale 44 et d'un ressort 62 s'appuyant sur un bloc métallique 63 soudé à l'intérieur du tube 42B.
  • Le contact électrique entre l'extrémité 60B de l'empilement et le bloc 63 peut être amélioré au moyen d'une tresse métallique 64. La liaison électrique et mécanique entre le tube 42B et l'ensemble mobile 14' est assurée au moyen d'une goupille 65.
  • La liaison électrique entre l'extrémité 60A de l'empilement et l'ensemble semi-mobile 17 s'effectue grâce à la tige axiale 44.
  • A titre d'exemple, pour un disjoncteur de 500kV à deux chambres de coupure, la répartition de tension, en l'absence de condensateurs d'équilibrage, est d'environ 70%-30%.
  • Avec un condensateur d'environ 120pF en parallèle sur chaque chambre, la répartition serait de 55%-45%.
  • Cette amélioration permet d'éviter le surdimensionnement des chambres.
  • Il est possible d'obtenir la valeur de 120pF en munissant chacune des quatre tringles de 16 éléments capacitifs ayant les caractéristiques suivantes:
       diamètre: 26 millimètres
       épaisseur: 9 millimètres
       capacité: 1000pF
       tenue en tension 15kV
       En garnissant une tringle tubulaire de 16 éléments capacitifs du type précité, on obtient:
    • une longueur de l'empilement égale à:
      16 x 9 = 144 millimètres
    • une tenue maximale de tension égale à:
      16 x 15kV = 240 kV
    • une capcité égale à:
      1000pF: 16 = 62,5 pF
       Les quatre tringles étant mises en parallèle deux par deux, chaque couple de tringles a une capacité égale à:
       62,5 pF x 2 = 125 pF
       On voit donc que le problème de la mise en parallèle sur les chambres de capacités de valeur convenable est résolu de manière sûre, simple et économique.
  • Des capots pare-effluves tels que les capot 70 et 71 peuvent ête prévus, pour lisser les courbes de potensiel au voisinage de la jonction entre les tringles et les éléments semi-mobile et mobile.
  • L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, et peut s'appliquer par exemple, aux disjoncteurs ayant, pour chaque pôle, deux chambres en V.

Claims (3)

  1. Disjoncteur ayant, pour chaque pôle, deux chambres de coupure (10, 10') disposées en T ou en V à l'extrémité d'une colonne (3) munie à sa base d'une commande entraînant une tringle de manoeuvre (32) , chaque chambre comprenant un ensemble mobile (12, 13, 14) relié par un embiellage (30, 31) à ladite tringle (32) et comprenant des contacts principaux (12) et des contacts d'arc ((13), caractérisé en ce que chaque chambre comprend un ensemble semi-mobile ((17-18) comportant de contacts principaux (17) et des contacts d'arc (18) coopérant respectivement avec les contacts principaux (12) et les contacts d'arc (13) de l'ensemble mobile, l'ensemble semi-mobile dans chacune des chambres, comprenant des moyens (41A-41B, 42A-42B) de mise en mouvement à une vitesse de module égal et de sens opposé à la vitesse de l'ensemble mobile avec lequel il coopère.
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble semi-mobile (17-18, 17'-18') de chacune des chambres (1, 1') est reliée par des tringles isolantes (41A-41B, 42A-42B, 51A-51B, 52A-52B) à l'ensemble mobile (12-13-14, 12'-13'-14') de l'autre chambre.
  3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite tringle comportant un tube enfermant des éléments de condensateurs (60) disposés en série et constituant un condensateur dont les extrémités (60A, 60B) sont électriquement reliées respectivement à l'élément semi-mobile (17) d'une chambre (1) et à l'élément mobile (14') de l'autre chambre (1').
EP96400006A 1995-01-06 1996-01-02 Disjoncteur à deux chambres de coupure par pôles Expired - Lifetime EP0721197B1 (fr)

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EP (1) EP0721197B1 (fr)
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