EP0823721B1 - Disjoncteur à arc tournant et à expansion - Google Patents

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EP0823721B1
EP0823721B1 EP19970410075 EP97410075A EP0823721B1 EP 0823721 B1 EP0823721 B1 EP 0823721B1 EP 19970410075 EP19970410075 EP 19970410075 EP 97410075 A EP97410075 A EP 97410075A EP 0823721 B1 EP0823721 B1 EP 0823721B1
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EP
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contacts
circuit breaker
arcing
contact
plate
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EP19970410075
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Jean-Claude Faye
Alain Chapusot
Pierre Chevrier
Georges Bernard
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Siemens Transmission and Distribution SA
Original Assignee
Schneider Electric High Voltage 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
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow

Definitions

  • the present invention solves this problem and proposes a rotary arc circuit breaker and expansion, simple design, improving the dielectric characteristics of the bottom insulating while facilitating the breaking of small currents.
  • the subject of the present invention is a circuit breaker according to claim 1.
  • the annular edge of the envelope adjacent to the insulating bottom carries the movable main contact and the aforementioned conductive bottom is coupled to the contact movable arc whose control mechanism cooperates with sequencing means establishing the appropriate opening and closing sequences of the moving contacts.
  • the aforementioned insulator is placed above the piece of contact of the arcing contact associated with the upper bottom of the breaking chamber.
  • the outside diameter of the movable arcing contact is greater the outside diameter of the fixed arcing contact.
  • it comprises a means for uncoupling the envelope above of the insulator, after the separation of the arcing contacts, once the breaking has been carried out.
  • the insulator, or insulating bottom, of the breaking chamber is crossed by the fixed arcing contact, which cooperates with the movable arcing contact crossing the conductive bottom to which it is electrically and mechanically connected.
  • it comprises an electromagnetic coil for rotating the arc arranged coaxially around the fixed arcing contact, the insulator being placed behind the coil.
  • the movable arcing contact is hollow.
  • the enclosure is filled with sulfur hexafluoride at pressure atmospheric or under pressure.
  • a switching chamber 1 belonging to one of the poles of a medium or high voltage self-expanding and rotating arc circuit breaker.
  • This room 1 contains two arcing contacts 2, 3 respectively fixed and mobile, and is intended to be housed inside a sealed enclosure (not shown) filled with a rigid gas high dielectric, in particular sulfur hexafluoride at atmospheric pressure or at overpressure.
  • This enclosure also has two main contacts 4.5 mounted in parallel with the aforementioned arcing contacts 2, 3 outside of the breaking chamber 1.
  • This interrupting chamber 1 is confined by a cylindrical envelope 6, closed at its two ends opposite by two bottoms 7, 8.
  • the two aforementioned arcing contacts 2, 3, respectively fixed and mobile, are mounted coaxially inside said chamber 1 and pass through the two bottoms 7, 8 respectively.
  • the cylindrical casing 6 as well as one 8 of the two bottoms 7, 8, crossed by the movable contact 3, are metallic.
  • the opposite bottom 7 is fixedly crossed by the fixed contact 2 and is made of an insulating material so providing electrical insulation between the fixed contact 2 and the cylindrical casing 6.
  • a coil of arc blowing not shown, which is capped in a known manner with a electrode 11 (not shown) constituting an arc migration track and arranged in sight of the moving arcing contact 3.
  • the insulating part 7, or insulator, is placed behind this coil and therefore at the top of the switching chamber 1.
  • the two arcing contacts 2, 3 are electrically connected, respectively, to two pads of current generally formed by the two funds (not shown) of the aforementioned enclosure.
  • the movable arcing contact 3 is constituted by a hollow tube making it possible to communicate, in the open position of the circuit breaker shown on the right side of the figure, the breaking chamber 1 with the enclosure, which constitutes an expansion chamber, thanks to the presence at the base of the movable contact 3 of communication orifices (not shown) between the tubular interior of contact 3 and the enclosure. Note that this communication can also be achieved through the fixed arcing contact 2, which can also be hollow.
  • the cylindrical casing 6 of the switching chamber 1 extends projecting from the bottom insulator 7 by a collar 9 arranged in main movable contact 5 intended to cooperate with the main fixed contact 4 of the circuit breaker.
  • the bottom metal 8 is electrically connected and mechanically coupled to the movable arcing contact 3 of so that the appropriate contact opening and closing sequences mobiles 3, 5 are made.
  • the contact control mechanism mobile 3 (not shown) cooperates with sequencing means 10 provided between the metal bottom 8 and movable arcing contact 3.
  • means will also be provided for uncoupling the casing 6 from the insulator 7, once the cut has been made.
  • the permanent current passes through the movable contact 3, the metal bottom 8, then the cylindrical casing 6, then the main contacts 4, 5.
  • a small fraction of the current traverses a parallel circuit constituted by the movable arcing contact 3, the electrode, the coil of the fixed contact 2 and the conductive bottom of the enclosure (not shown).
  • the opening of the circuit breaker is controlled by sliding down a rod control (not shown) driving the tubular support 3b of the movable arcing contact 3 and thereby the cylindrical casing 6 carrying the movable main contact 5.
  • the main contacts 4, 5 are opened without forming an arc, and from the switching of the current in the parallel circuit, the coil generates a magnetic field which blows the arc formed during the separation of the arcing contacts 2, 3 during the continued movement of opening of the circuit breaker.
  • the arc drawn in the breaking chamber 1 causes heating and a rise in pressure of the gas contained in this chamber 1 which gas escapes through the movable tubular contact 3 towards the expansion chamber constituted by the enclosure, by pneumatically blowing the arc extending between the contact movable arc 3 and the electrode 11.
  • the dust generated during the cut falls, by gravity, on the metal bottom 8 and do not reach the insulating bottom 7, which thus has good dielectric strength.
  • said envelope 6 will advantageously be disconnected from the insulator 7, this in order to avoid having, over time, an insulator 7 under tension when the circuit breaker is open.
  • the invention can of course be used for all the poles of a circuit breaker multipolar autoexpansion, for example having an enclosure common to all the poles.

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Description

La présente invention concerne un disjoncteur du genre comprenant une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée et renfermant un ou plusieurs pôles, chaque pôle comprenant :
  • une chambre de coupure délimitée par une enveloppe de forme sensiblement cylindrique obturée d'une manière étanche à ses deux extrémités par des fonds,
  • une paire de contacts d'arc, respectivement un contact d'arc fixe et un contact d'arc mobile mu par un mécanisme de commande, disposés coaxialement dans ladite chambre de coupure et traversant chacun l'un desdits fonds, l'un au moins desdits contacts comportant des conduits d'écoulement de gaz permettant de faire communiquer en position séparée des contacts d'arc, la chambre de coupure avec ladite enceinte, laquelle forme ainsi une chambre d'expansion,
  • une bobine ou analogue agencée à l'intérieur de la chambre de coupure de manière à créer dans la zone de séparation des contacts d'arc un champ magnétique de soufflage en rotation d'un arc tiré entre les contacts d'arc séparés,
  • une paire de contacts principaux, en parallèle avec les contacts d'arc, disposés à l'extérieur de la chambre de coupure et agencés pour s'ouvrir avant la séparation des contacts d'arc lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, ladite enveloppe et l'un des fonds précités étant réalisés en un matériau conducteur et reliés électriquement au contact d'arc associé audit fond, tandis que l'autre fond est en un matériau isolant et forme un isolateur assurant l'isolation électrique en position d'ouverture des contacts, l'extrémité de ladite enveloppe adjacente au fond isolant portant l'un des contacts principaux.
On connaít un disjoncteur à arc tournant et à expansion du genre précédemment mentionné, et tel que décrit dans le brevet FR 2 617 633 de la demanderesse, dans lequel le fond isolant précité de la chambre de coupure est traversé par le contact d'arc mobile coulissant, lequel coopère avec un contact d'arc fixe traversant le fond métallique auquel il est connecté électriquement. Dans ce dispositif, le fond isolant est placé à la partie inférieure de la chambre de coupure et est éloigné de la zone de coupure.
Or, un inconvénient de ce disjoncteur tient en ce que les poussières (poudres métalliques etc...) générées lors de la coupure, principalement des forts courants, viennent se poser sous l'effet de la gravité sur le fond isolant et diminuent de ce fait ses caractéristiques diélectriques.
La présente invention résout ce problème et propose un disjoncteur à arc tournant et à expansion, de conception simple, améliorant les caractéristiques diélectriques du fond isolant tout en facilitant la coupure des petits courants.
A cet effet, la présente invention a pour objet un disjoncteur selon la revendication 1. Selon une réalisation particulière, le bord annulaire de l'enveloppe adjacent au fond isolant porte le contact principal mobile et le fond conducteur précité est couplé au contact d'arc mobile dont le mécanisme de commande coopère avec des moyens de séquencement établissant les séquences d'ouverture et de fermeture appropriées des contacts mobiles.
Selon une caractéristique particulière, l'isolateur précité est placé au dessus de la pièce de contact du contact d'arc associé au fond supérieur de la chambre de coupure.
Selon une autre caractéristique, le diamètre extérieur du contact d'arc mobile est supérieur au diamètre extérieur du contact d'arc fixe.
Selon une autre caractéristique, il comporte un moyen pour désaccoupler l'enveloppe précitée de l'isolateur, après la séparation des contacts d'arc, une fois la coupure réalisée.
Selon une autre caractéristique, l'isolateur, ou fond isolant, de la chambre de coupure est traversé par le contact d'arc fixe, lequel coopère avec le contact d'arc mobile traversant le fond conducteur auquel il est connecté électriquement et mécaniquement.
Avantageusement, il comporte une bobine électromagnétique de mise en rotation de l'arc agencée coaxialement autour du contact d'arc fixe, l'isolateur étant placé derrière la bobine.
Avantageusement, le contact d'arc mobile est creux.
Avantageusement, l'enceinte est remplie d'hexafluorure de soufre à la pression atmosphérique ou sous surpression.
Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaítront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel :
  • La figure unique est une vue schématique en coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention, la demi-coupe de droite représentant ce disjoncteur en position ouverte et la demi-coupe de gauche en position fermée.
Sur la figure unique, on voit une chambre de coupure 1 appartenant à l'un des pôles d'un disjoncteur à autoexpansion et à arc tournant moyenne ou haute tension. Cette chambre 1 renferme deux contacts d'arc 2, 3 respectivement fixe et mobile, et est destinée à être logée à l'intérieur d'une enceinte étanche (non représentée) remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre à la pression atmosphérique ou à surpression. Cette enceinte comporte également deux contacts principaux 4,5 montés en parallèle avec les contacts d'arc précités 2, 3 à l'extérieur de la chambre de coupure 1.
Cette chambre de coupure 1 est confinée par une enveloppe cylindrique 6, obturée à ses deux extrémités opposées par deux fonds 7, 8. Les deux contacts d'arc précités 2, 3, respectivement fixe et mobile, sont montés coaxialement à l'intérieur de ladite chambre 1 et traversent respectivement les deux fonds 7, 8. L'enveloppe cylindrique 6 ainsi que l'un 8 des deux fonds 7, 8, traversé par le contact mobile 3, sont métalliques. Le fond opposé 7 est traversé de manière étanche par le contact fixe 2 et est en un matériau isolant de manière à assurer l'isolation électrique entre le contact fixe 2 et l'enveloppe cylindrique 6.
A l'intérieur de la pièce de contact 2a du contact d'arc fixe 2 est montée une bobine de soufflage d'arc, non représentée, laquelle est coiffée de manière connue d'une électrode 11 (non représentée) constituant une piste de migration de l'arc et disposée en regard du contact d'arc mobile 3.
La pièce isolante 7, ou isolateur, est placée derrière cette bobine et par conséquent, en haut de la chambre de coupure 1.
Les deux contacts d'arc 2, 3 sont reliés électriquement, respectivement, à deux plages d'amenée du courant généralement formées par les deux fonds (non représentés) de l'enceinte précitée.
Le contact d'arc mobile 3 est constitué par un tube creux permettant de faire communiquer, en position d'ouverture du disjoncteur représentée sur la partie droite de la figure, la chambre de coupure 1 avec l'enceinte, laquelle constitue une chambre d'expansion, grâce à la présence à la base du contact mobile 3 d'orifices de communication (non représentés) entre l'intérieur tubulaire du contact 3 et l'enceinte. On notera que cette communication peut également être réalisée à travers le contact d'arc fixe 2, lequel peut également être creux.
L'enveloppe cylindrique 6 de la chambre de coupure 1 se prolonge en saillie du fond isolant 7 par un collet 9 agencé en contact mobile principal 5 destiné à coopérer avec le contact fixe principal 4 du disjoncteur. A l'extrémité opposée de l'enveloppe 6, le fond métallique 8 est relié électriquement et couplé mécaniquement au contact d'arc mobile 3 de manière à ce que les séquences appropriées d'ouverture et de fermeture des contacts mobiles 3, 5 soient réalisées. A cet effet, le mécanisme de commande du contact mobile 3 (non représenté) coopère avec des moyens de séquencement 10 prévus entre le fond métallique 8 et le contact d'arc mobile 3.
Avantageusement, seront également prévus des moyens pour désaccoupler l'enveloppe 6 de l'isolant 7, une fois la coupure réalisée.
Le fonctionnement du disjoncteur selon l'invention ressort de l'exposé précédent et va être décrit brièvement dans ce qui suit :
En position fermée du disjoncteur représentée sur la demi-vue de gauche de la figure unique, le courant permanent passe à travers le contact mobile 3, le fond métallique 8, puis l'enveloppe cylindrique 6, puis les contacts principaux 4, 5. Une faible fraction du courant parcourt un circuit parallèle constitué par le contact d'arc mobile 3, l'électrode, la bobine du contact fixe 2 et le fond conducteur de l'enceinte (non représenté).
L'ouverture du disjoncteur est commandée par un coulissement vers le bas d'une tige de commande (non représentée) entraínant le support tubulaire 3b du contact d'arc mobile 3 et par là-même l'enveloppe cylindrique 6 portant le contact principal mobile 5.
Pendant une première phase du mouvement d'ouverture du disjoncteur, les contacts principaux 4, 5 s'ouvrent tandis que la pièce de contact 3a du contact d'arc mobile 3 reste aboutée à l'électrode du contact d'arc fixe 2 grâce à la présence des moyens de séquencement 10. Dès la séparation des contacts principaux 4, 5, le courant est commuté dans le circuit parallèle constitué par le contact d'arc mobile 3, la bobine et le contact d'arc fixe 2.
On remarquera que le mouvement de l'enveloppe 6 génère alors un mouvement général des gaz qui facilite la coupure des petits courants.
De plus, dans le cas où le diamètre extérieur du contact mobile 3 est supérieur au diamètre extérieur du contact fixe 2, le mouvement du gaz d'expansion pendant la précourse crée un léger pistonnage favorisant également la coupure des petits courants.
L'ouverture des contacts principaux 4, 5 s'effectue sans formation d'un arc, et dès la commutation du courant dans le circuit parallèle, la bobine engendre un champ magnétique qui souffle l'arc se formant lors de la séparation des contacts d'arc 2, 3 au cours du mouvement poursuivi d'ouverture du disjoncteur. L'arc tiré dans la chambre de coupure 1 provoque un échauffement et une montée en pression du gaz contenu dans cette chambre 1 lequel gaz s'échappe par le contact mobile tubulaire 3 vers la chambre d'expansion constituée par l'enceinte, en soufflant pneumatiquement l'arc s'étendant entre le contact d'arc mobile 3 et l'électrode 11.
Ainsi, grâce à l'invention, les poussières générées lors de la coupure tombent, par gravité, sur le fond métallique 8 et n'atteignent pas le fond isolant 7, lequel présente ainsi une bonne tenue diélectrique.
Au cours d'un mouvement poursuivi de l'enveloppe 6, une fois les contacts d'arc 2, 3 séparés et la coupure réalisée, ladite enveloppe 6 sera avantageusement déconnectée de l'isolant 7, ceci afin d'éviter d'avoir, à longueur de temps un isolant 7 sous tension lorsque le disjoncteur est ouvert.
On notera que l'invention pourra bien sûr être utilisée pour tous les pôles d'un disjoncteur à autoexpansion multipolaire, ayant par exemple une enceinte commune à tous les pôles.

Claims (9)

  1. Disjoncteur du genre comprenant une enceinte étanche remplie d'un gaz à rigidité diélectrique élevée et refermant un ou plusieurs pôles, chaque pôle comprenant :
    une chambre de coupure (1) délimitée par une enveloppe de forme sensiblement cylindrique (6) obturée d'une manière étanche à ses deux extrémités par des fonds (7,8),
    une paire de contacts d'arc (2,3), respectivement un contact d'arc fixe (2) et un contact d'arc mobile (3) mu par un mécanisme de commande, disposés coaxialement dans ladite chambre de coupure (1) et traversant chacun l'un desdits fonds (7,8), l'un au moins desdits contacts (2,3) comportant des conduits d'écoulement de gaz permettant de faire communiquer en position séparée des contacts d'arc (2,3), la chambre de coupure (1) avec ladite enceinte, laquelle forme ainsi une chambre d'expansion,
    une bobine ou analogue agencée à l'intérieur de la chambre de coupure (1) de manière à créer dans la zone de séparation des contacts d'arc (2,3) un champ magnétique de soufflage en rotation d'un arc tiré entre les contacts d'arc séparés (2,3),
    une paire de contacts principaux (4,5), en parallèle avec les contacts d'arc (2,3), disposés à l'extérieur de la chambre de coupure (1) et agencés pour s'ouvrir avant la séparation des contacts d'arc (2,3) lors d'une manoeuvre d'ouverture du disjoncteur, ladite enveloppe (6) et l'un (8) des fonds précités (7,8) étant réalisés en un matériau conducteur et reliés électriquement au contact d'arc (3) associé audit fond (8), tandis que l'autre fond (7) est en un matériau isolant et forme un isolateur assurant l'isolation électrique en position d'ouverture des contacts (2,3), l'extrémité de ladite enveloppe (6) adjacente au fond isolant (7) portant l'un des contacts principaux (4,5),
    caractérisé en ce que l'isolateur précité (7) est placé en haut de la chambre de coupure (1) de manière que les poussières générées lors de la coupure tombent, par gravité, sur le fond métallique (8) et n'atteignent pas le fond isolant (7).
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord annulaire (9) de l'enveloppe (6) adjacent au fond isolant (7) porte le contact principal mobile (5), et en ce que le fond conducteur précité (8) est couplé au contact d'arc mobile (3) dont le mécanisme de commande coopère avec des moyens de séquencement (10) établissant les séquences d'ouverture et de fermeture appropriées des contacts mobiles (3,5).
  3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'isolateur précité (7) est placé au dessus de la pièce de contact (2a) du contact d'arc (2) associé au fond supérieur (7) de la chambre de coupure (1).
  4. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le diamètre extérieur du contact d'arc mobile (3) est supérieur au diamètre extérieur du contact d'arc fixe (2).
  5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour désaccoupler l'enveloppe précitée (6) de l'isolateur (7), après la séparation des contacts d'arc (2,3) une fois la coupure réalisée.
  6. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'isolateur (7), ou fond isolant, de la chambre de coupure (1) est traversé par le contact d'arc fixe (2), lequel coopère avec le contact d'arc mobile (3) traversant le fond conducteur (8) auquel il est connecté électriquement et mécaniquement.
  7. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine électromagnétique de mise en rotation de l'arc agencée coaxialement autour du contact d'arc fixe (2), l'isolateur (7) étant placet derrière la bobine.
  8. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact d'arc mobile (3) est creux.
  9. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte est remplie d'hexafluorure de soufre à la pression atmosphérique ou sous surpression.
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