FR2509521A1 - HIGH-VOLTAGE CIRCUIT BREAKER WITH ENCLOSURE CONTAINING AN INSULATING GAS - Google Patents
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Abstract
Description
Disjoncteur à haute tension sous enveloppe contenant un gaz isolant
L'invention concerne un disjoncteur à haute tension contenant un gaz isolant ayant deux électrodes pour le passage du courant nominal, tubulaires, fixes, disposées sur le même axe dans un boîtier isolant et reliées chacune à une traversée de raccordement moulée dans ce bottier, les deux électrodes séparées par une distance dite distance de coupure étant reliées électriquement entre elles par un pont de contact couplé à une commande, le disjoncteur comprenant un jeu due contacts d'arc fixes, disposés co-axialement dans une des électrodes et reliés électriquement à celle-ci, et un contact d'arc mobile dont le mouvement est lié à celui du pont de contact et qui est relié électriquement à celui-ci, le disjoncteur comprenant un réservoir de pression qui peut être mis sous pression lors de la coursede coupure et qui communique avec une chambre de coupure, ledit réservoir assurant un apport supplémentaire de gaz au gaz de soufflage de l'arc de coupure qui se développe entre le jeu de contacts d'arc fixes et le contact d'arc mobile, ledit gaz de soufflage passant dans une buse en matière isolante.High-voltage circuit breaker in an enclosure containing an insulating gas
The invention relates to a high voltage circuit breaker containing an insulating gas having two electrodes for the passage of nominal current, tubular, fixed, arranged on the same axis in an insulating housing and each connected to a connection bushing molded in this case, the two electrodes separated by a distance called cut-off distance being electrically connected to each other by a contact bridge coupled to a control, the circuit breaker comprising a set of fixed arcing contacts, arranged coaxially in one of the electrodes and electrically connected to that -this, and a movable arcing contact whose movement is linked to that of the contact bridge and which is electrically connected thereto, the circuit breaker comprising a pressure tank which can be pressurized during the breaking process and which communicates with a breaking chamber, said tank ensuring an additional supply of gas to the blowing gas of the breaking arc which develops between the set of contacts of fixed arcs and the movable arcing contact, said blowing gas passing through a nozzle made of insulating material.
Un tel appareil est connu par exemple par la demande de brevet allemand publiée sous le numéro 25 07163. Such an apparatus is known for example from the German patent application published under the number 25 07163.
Cet appareil comporte un bottier moulé en matière isolante, dans lequel les deux électrodes sont moulees pratiquement sur toute la longueur directement dans le bottier. Ces électrodes sont généralement en cuivre, elles ont un coefficient de dilatation thermique différent de celui de la matière isolante du bottier. De cette différence de coefficient peut résulter, en présence des sollicitations aux chocs thermiques inévitables pour ce genre d'appareil, une fissuration dans la matière isolante ou dans la matière des électrodes, voire un détachement de la matière isolante des électrodes. La conséquence en sont des effets d'effluves qui peuvent, eux, causer une ionisation du gaz isolant et donc une diminution de la rigidité diélectrique. This apparatus comprises a molded case of insulating material, in which the two electrodes are molded practically over the entire length directly in the case. These electrodes are generally made of copper, they have a coefficient of thermal expansion different from that of the insulating material of the shoemaker. This difference in coefficient may result, in the presence of stresses unavoidable thermal shock for this type of device, cracking in the insulating material or in the material of the electrodes, or even a detachment of the insulating material of the electrodes. The consequence are effects of corona which can cause ionization of the insulating gas and therefore a reduction in the dielectric strength.
D'autre part, la ligne de fuite sur la paroi intérieure du boîtier isolant, située entre les deux électrodes, est courte. On the other hand, the line of flight on the inner wall of the insulating housing, located between the two electrodes, is short.
Il faut également tenir compte du fait que, spécialement sur les disjoncteurs blindés de ce genre, le gaz isolant absorbe, en partie lier après la coupure de courants élevés, des vapeurs métalliques et d'autres produits de décomposition qui peuvent se condenser et se déposer n'importe où dans l'appareil, donc aussi sur la partie de la paroi intérieure du- boitier isolant située entre les deux électrodes. It must also be taken into account that, especially on shielded circuit breakers of this kind, the insulating gas absorbs, in part after the breaking of high currents, metallic vapors and other decomposition products which can condense and deposit anywhere in the device, therefore also on the part of the inner wall of the insulating box located between the two electrodes.
Ces dépôts sont très néfastes pour la résistance aux courants de fuite, en particulier sur cette partie de la paroi intérieure.These deposits are very harmful for the resistance to leakage currents, in particular on this part of the interior wall.
A ce niveau de développement-technique, il faut considérer comme un but de l'invention de créer un disjoncteur du genre mentionné plus haut, qui puisse sans- agrandissement notable des dimensions extérieures, être traversé par des courants nominaux élevés et effectuer des coupures, sans courir le risque de fissuration dans le bottier ét/ou dans les électrodes, ceci tout en augmentant en plus la résistance aux courants de fuite entre les électrodes. At this level of technical development, it should be considered as an object of the invention to create a circuit breaker of the kind mentioned above, which can without significant enlargement of the external dimensions, be crossed by high nominal currents and make cuts, without running the risk of cracking in the case and / or in the electrodes, while also increasing the resistance to leakage currents between the electrodes.
L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension sous enveloppe contenant un gaz isolant ayant deux électrodes pour le passage du courant nominal, tubulaires, fixes, disposées sur le meme axe dans un boîtier isolant et reliées chacune à une traversée de raccordement moulée dans ce bottier, les deux électrodes séparées par une distance dite distance de coupure étant reliées électriquement entre elles par un pont de contact couplé à une commande, le disjoncteur comprenant un jeu de contacts d'arc fixes, disposés co-axialement à une des électrodes et réliés électriquement à celle-ci, et un contact d'arc mobile dont le mouvement est lié à celui du pont de contact et qui est relié électriquement à celui-ci, le disioncteur comprenant un réservoir de pression qui peut être mis sous pression lors de la course de coupure et qui communique avec une chambre de coupure, ledit réservoir assurant un apport supplémentaire de gaz au gaz de soufflage de l'are de coupure qui se développe entre le jeu de contacts d'arc et le contact dva--e mobile, ledit -gaz de soufflage passant dans une buse en matière isolante, caractérisé en ce qu'entre l'extérieur des électrodes ancrées sur la traversée de raccordement concernée et l'intérieur du boitier isolant, existe un écart radial formant un volume enveloppant, au moins au niveau de la distance de coupure entre les deux électrodes. The subject of the invention is a high-voltage circuit breaker in an enclosure containing an insulating gas having two electrodes for the passage of nominal current, tubular, fixed, arranged on the same axis in an insulating housing and each connected to a connection bushing molded in this case, the two electrodes separated by a distance called the cut-off distance being electrically connected to each other by a contact bridge coupled to a control, the circuit breaker comprising a set of fixed arcing contacts, arranged coaxially to one of the electrodes and electrically connected thereto, and a movable arcing contact the movement of which is linked to that of the contact bridge and which is electrically connected to the latter, the switch comprising a pressure tank which can be pressurized during the cut-out stroke and which communicates with a cut-off chamber, said tank ensuring an additional supply of gas to the blowing gas of the cut-off area which develops between the e set of arcing contacts and the dva contact - e mobile, said blowing gas passing through a nozzle made of insulating material, characterized in that between the outside of the electrodes anchored on the connection bushing concerned and the inside the insulating housing, there is a radial gap forming an enveloping volume, at least at the cut-off distance between the two electrodes.
Avantageusement, la buse fermée dans la position disjoncteur enclenché par le contact mobile, est fixée dans l'une des électrodes à l'aide d'une pièce en matière isolante, cette pièce séparant la chambre de coupure de la distance de coupure entre les éleetrodes. Advantageously, the nozzle closed in the circuit breaker position engaged by the movable contact, is fixed in one of the electrodes using a piece of insulating material, this piece separating the switching chamber from the cutting distance between the electrodes .
De préférence, la pièce en matière isolante comporte un fourreau tubulaire et co-axial par rapport aux électrodes dont l'extrémité opposée à la buse recouvre la distance de coupure entre les électrodes. Preferably, the piece of insulating material comprises a tubular sheath and co-axial with respect to the electrodes, the end opposite to the nozzle covers the cut-off distance between the electrodes.
Avantageusement, la pièce en matière isolante est fixée dans l'une des électrodes à l'aide d'une bride moulée dans la même pièce une valve anti-retour ouvrant le - passage vers la chambre de coupure est incorporée dans cette bride. Advantageously, the piece of insulating material is fixed in one of the electrodes using a flange molded in the same piece, a non-return valve opening the passage to the breaking chamber is incorporated in this flange.
De préférence, la valve anti-retour part du volume entourant le fourreau. Preferably, the non-return valve starts from the volume surrounding the sheath.
Dans le cas où, le réservoir à pression est limité par un piston mobile poussé lors de la course d'enclenchement par un contact mobile, contre l'effet d'un ressort dans un cylindre de pompage,le côté opposé au réservoir à pression du piston communique avec le volume enveloppant 1' une des électrodes à courant nominal. In the case where, the pressure tank is limited by a movable piston pushed during the engagement stroke by a movable contact, against the effect of a spring in a pumping cylinder, the side opposite to the pressure tank of the piston communicates with the volume enveloping one of the nominal current electrodes.
Un mode de réalisation préféré de l'invention est décrit ci-après en référence au-dessin dans lequel la figure unique représente une coupe axiale simplifiée d'un disjoncteur dans la position disjoncteur enclenché. A preferred embodiment of the invention is described below with reference to the drawing in which the single figure represents a simplified axial section of a circuit breaker in the circuit breaker position engaged.
Le disjoncteur à haute tension représenté 10 comporte un boîtier isolant 11 consistant en deux corps creux 13, 14 moulés dans une matière isolante et assemblés par un joint 12. The high-voltage circuit breaker shown 10 comprises an insulating housing 11 consisting of two hollow bodies 13, 14 molded in an insulating material and assembled by a seal 12.
La première traversée de raccordement 15 est moulée dans le corps creux 13. The first connection bushing 15 is molded in the hollow body 13.
La deuxième traversée de raccordement 16 est moulée dans le corps creux 14. The second connection bushing 16 is molded in the hollow body 14.
L'extrémité de la première traversée de raccordement 15 dépassant dans l'intérieur du corps creux 13 porte une électrode tubulaire et ancrée rigidement 17 qui s'étend- presque jusqu'au joint 12. Il en est de même pour l'extrémité de la deuxième traversée de raccordement 16 dépassant dans le corps creux 14 qui porte une électrode tubulaire et ancrée rigidement 18 de même diamètre que l'électrode 17. The end of the first connecting bushing 15 protruding into the interior of the hollow body 13 carries a rigidly anchored tubular electrode 17 which extends almost to the joint 12. The same is true for the end of the second connection bushing 16 protruding into the hollow body 14 which carries a tubular and rigidly anchored electrode 18 of the same diameter as the electrode 17.
L'éleètrode 18 s'étend aussi presque jusqu'au joint 12.The electrode 18 also extends almost to the joint 12.
Entre les extrémités des deux électrodes 17, 18 désignées par 19, 20 s'détend la distance de coupure 21 qui peut (selon une méthode qui reste à décrire) -être pontée par un pont de coupure 22 s'appuyant sur les parois intérieures des électrodes à courant nominal 17, 18. Between the ends of the two electrodes 17, 18 designated by 19, 20 extends the cut-off distance 21 which can (according to a method which remains to be described) -be bridged by a cut-off bridge 22 resting on the interior walls of nominal current electrodes 17, 18.
Entre l'extérieur de l'électrode 17 et l'intérieur du corps creux 13 existe un volume enveloppant ou intermédiaire 23 qui entoure l'électrode 17 au niveau de la limite de la distanee de coupure. Il en est de meme entre l'intérieur du corps creux 14 et l'extérieur de l'électrode 18 où existe un volume intermédiaire ou enveloppant 24 qui s'étend pratiquement sur toute la longueur et toute la circonférence de l'électrode 18. Between the outside of the electrode 17 and the inside of the hollow body 13 there is an enveloping or intermediate volume 23 which surrounds the electrode 17 at the limit of the cut-off distance. The same applies between the interior of the hollow body 14 and the exterior of the electrode 18 where there is an intermediate or enveloping volume 24 which extends practically over the entire length and the entire circumference of the electrode 18.
Un arbre pivotant 25 couplé à une commande non-représentée portant un manivelle 26 rentre à l'intérieur du corps creux 14. Une bielle 28 est articulée à l'autre extrémité de la manivelle 26 à l'aide d'un tourillon de manivelle 27. Cette bielle 28 est reliée par un axe d'articulation 29 à un élément d'accouplement 30. Cet élément d'accouplement 30 est ancré sur un support de pont de contact 31 conducteur électrique, sur lequel est fixé le pont de contact 22 comportant une couronne de doigts de contact élastiques 32. Au centre du support de pont de contact 31 est fixé un coulisseau 33 axial, conducteur électrique, qui porte une pièce de contact mobile coaxiale 34. A pivoting shaft 25 coupled to a control (not shown) carrying a crank 26 enters inside the hollow body 14. A connecting rod 28 is articulated at the other end of the crank 26 using a crank pin 27 This connecting rod 28 is connected by a hinge pin 29 to a coupling element 30. This coupling element 30 is anchored on a contact bridge support 31 electrically conductive, on which is fixed the contact bridge 22 comprising a ring of elastic contact fingers 32. At the center of the contact bridge support 31 is fixed an axial slide 33, electrically conductive, which carries a coaxial movable contact piece 34.
Dans la position d'enclenchement représentée, la pièce de contact mobile 34 ferme la buse 35 fixée dans un élément en matière isolante 36. Cet élément en matière isolante 36 comporte une bride 37 fixée hermétiquement à l'intérieur de l'électrode 17. De cette bride 37 part d'un eSté un support 38 pour la buse 35, de l'autre côté un fourreau tubulaire 39 dépassant l'extrémité inférieure 19 de l'éleetrode 17 et recouvrant la distance de coupure 21 J Ainsi l'élément en matière isolante 36 délimite une chambre de coupure 40 à l'intérieur de l'électrode 17, alors que l'écran (fourreau) 39 ouvert en bas délimite un volume de soufflage 41 de telle manière, que la partie de la paroi intérieure du boîtier isolant -11 située au niveau de la distance de coupure 21 est pratiquement recouvérte ou protégée. In the engagement position shown, the movable contact piece 34 closes the nozzle 35 fixed in an element made of insulating material 36. This element made of insulating material 36 comprises a flange 37 fixed hermetically inside the electrode 17. From this flange 37 starts from an eSté a support 38 for the nozzle 35, on the other side a tubular sheath 39 projecting from the lower end 19 of the electrode 17 and covering the cut-off distance 21 J Thus the material element insulator 36 delimits a cutting chamber 40 inside the electrode 17, while the screen (sheath) 39 open at the bottom delimits a blowing volume 41 in such a way that the part of the inner wall of the insulating housing -11 located at the cut-off distance 21 is practically recovered or protected.
L'extrémité supérieure de l'électrode 17 porte un élément de fermeture 42 métallique. Cet élément est muni d'un fond 44 avec des passages 43 et comporte un manchon de contact 46 ouvert, dépassant vers le bas, qui porte, à son extrémité libre, une bague pare-étincel- les 45. Cette bague 45 entoure une couronne de doigts de contact élastiques 47 qui ont prise, dans la position d'enclenchement, sur l'extérieur de la pièce de contact mobile 34, La bague pare-étincelles 45 ainsi que les doigts de contact 47 forment ainsi un ensemble de contacts d'arc. The upper end of the electrode 17 carries a metallic closure element 42. This element is provided with a bottom 44 with passages 43 and comprises an open contact sleeve 46, protruding downward, which carries, at its free end, a spark arrester ring 45. This ring 45 surrounds a crown of elastic contact fingers 47 which have taken up, in the latching position, on the outside of the movable contact piece 34. The spark arrester ring 45 as well as the contact fingers 47 thus form a set of contact contacts. bow.
Le fond 44 comporte une ouverture centrale 48 dans laquelle passe un coulisseau 49 en matière isolante. L'élément de fermeture 42 comporte aussi un cylindre ouvert vers le haut 50, qui entoure un volume de pression 51. L'extrémité supérieure du coulisseau 49 porte un piston 52 de pompage déplaçable dans le cylindre 50. Ce piston 52 est soumis à l'effet d'un ressort de pression 53 reposant à l'intérieur de la paroi frontale du corps creux 13. La figure montre clairement qu'au moment d'une course d'enclenchement le piston 52 est poussé vers le haut par la pièce de contact mobile 34, à traverse coulisseau 49 et contre l'effet du ressort de pression 53. Ainsi le gaz d'extinction de la chambre de coupure est aspiré par les passages 43 vers le volume de pression 51.Pour maintenir l'équilibre de la pression dans tout le bottier 11 lors de la course d'enclenchement et en position enclenchée, une valve anti-retour 54 ouvrant vers la chambre de coupure 40 est installée dans la bride 37 ; la valve part du volume entourant l'écran 39. The bottom 44 has a central opening 48 through which a slide 49 made of insulating material passes. The closure element 42 also comprises an upwardly open cylinder 50, which surrounds a pressure volume 51. The upper end of the slide 49 carries a pumping piston 52 movable in the cylinder 50. This piston 52 is subjected to the effect of a pressure spring 53 resting inside the front wall of the hollow body 13. The figure clearly shows that at the time of an engagement stroke the piston 52 is pushed upwards by the piece of movable contact 34, with sliding cross-member 49 and against the effect of the pressure spring 53. Thus the extinguishing gas from the breaking chamber is sucked through the passages 43 towards the pressure volume 51. To maintain the balance of the pressure throughout the boot 11 during the engagement stroke and in the engaged position, a non-return valve 54 opening towards the cutting chamber 40 is installed in the flange 37; the valve starts from the volume surrounding the screen 39.
Lors de la course de coupure, on a le déroulement suivant
D'abord, le pont de contact 22 coupe le contact électrique entre les électrodes 17, 18. Ensuite, la pièce de contact mobile 34 se sépare des doigts de contact 47, ce qui provoque un arc de coupure entre ces deux éléments ; l'arc est commuté sur la bague pare-étincelles 45 dès que l'extrémité libre de la pièce de contact mobile a quitté celle-ci. Cet arc provoque une augmentation de la pression d'autant plus intense dans la chambre de coupure 40 que le courant de coupure est plus élevé. Dès que la pièce de contact mobile 34 libère l'ouverture de la buse 35 vers la fin de la course de coupure, la pression créée dans la chambre de coupure 40 se décharge par la buse 35 dans le volume de soufflage 41 et assure ainsi un soufflage puissant de l'arc de coupure.Lorsque le courant à couper est relativement faible, le piston 52, qui suit le mouvement de la pièce de contact mobile 34, assure l'augmentation de la pression nécessaire en refoulant un complément de gaz du volume de pression 51 par les passages 43.During the cut-out stroke, we have the following sequence
First, the contact bridge 22 cuts the electrical contact between the electrodes 17, 18. Then, the movable contact piece 34 separates from the contact fingers 47, which causes a cutting arc between these two elements; the arc is switched over to the spark arrester ring 45 as soon as the free end of the movable contact part has left the latter. This arc causes an increase in pressure which is all the more intense in the cutting chamber 40 as the cutting current is higher. As soon as the movable contact piece 34 releases the opening of the nozzle 35 towards the end of the cutting stroke, the pressure created in the cutting chamber 40 is discharged by the nozzle 35 in the blowing volume 41 and thus ensures a powerful blowing of the breaking arc. When the current to be cut is relatively low, the piston 52, which follows the movement of the movable contact piece 34, ensures the increase of the pressure required by delivering additional gas from the volume pressure 51 through passages 43.
Lorsque le courant à couper est par contre relativement fort, lfau- gmentation de la pression provoquée par I1 arc de coupure seul suffit dans un premier temps pour alimenter le débit de soufflage par la buse de soufflage 35.When the current to be cut is, on the other hand, relatively strong, the increase in pressure caused by the cutting arc alone is sufficient at first to supply the blowing flow rate through the blowing nozzle 35.
L'augmentation de la pression dans la chambre de coupure 40 et donc aussi dans le volumé de pression-51 peut même être telle, que le piston- 52 ne peut plus, dans un premier temps, suivre la pièce de contact mobile 34. C'est lorsque la pression baisse progressivement seulement, à buse 35 ouverte, que le piston 52 commence sa course de pompage sous l'effet du ressort de compression 53, d'oU're'Qùlte un "rinçage" de la chambre de coupure 40 avec du gaz isolant relativement pur. Grâce au volume enveloppant 23 le côté opposé volume de pression 51 du piston 52 est relié en permanence au volume de soufflage 41 ce qui empêche la formation d'une dépression lors d'une course de pompage, dépression qui pourrait freiner cette course. The increase in pressure in the cutting chamber 40 and therefore also in the pressure volume-51 may even be such that the piston-52 can no longer, at first, follow the movable contact piece 34. C is only when the pressure gradually drops, with the nozzle 35 open, that the piston 52 begins its pumping stroke under the effect of the compression spring 53, or a "rinsing" of the cutting chamber 40 with relatively pure insulating gas. Thanks to the enveloping volume 23 the opposite side pressure volume 51 of the piston 52 is permanently connected to the blowing volume 41 which prevents the formation of a vacuum during a pumping stroke, depression which could slow this stroke.
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