FR2610763A1 - Circuit breaker with low actuating energy - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a high and medium voltage circuit breaker with low actuating energy. The subject of the invention is a pressurised dielectric gas circuit-breaker of the type comprising a fixed assembly comprising a main contact 19 and arc contacts 15, 16, a moving assembly including main contacts 42 and an arc contact 40, 41, a blasting device comprising a semi-mobile cylinder 21 separated by a fixed piston 20 into two volumes 30, 35, one 35 of which communicates with a blasting nozzle 7, 8, and a thermal volume 37 opening out onto the area of separation of the arc contacts, characterised in that a communication 38 is established between the thermal volume 37 and the said second volume 35 in order to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to rise in pressure and to aid in the displacing of the cylinder 21 and in the compressing of the gas of the said first volume 30, the arc contacts of the fixed assembly comprising at least one pivoting metal finger 14 arranged in the thermal volume, this finger pivoting when one 16 of the said ends quits the moving arc contact 41 thereby causing the simultaneous appearance of a primary arc and a secondary arc at the ends of the said finger. Application to high and medium voltage circuit-breakers.

Description

La présente invention concerne un disjoncteur à haute ou moyenne tension du type à auto-soufflage de l'arc. The present invention relates to a high or medium voltage circuit breaker of the arc self-blowing type.

On contact notamment par la demande de brevet allemand publiée nO 2 349 263, un disjoncteur à hexafluorure de soufre dans lequel, à la séparation des contacts, un arc primaire est engendré entre deux électrodes et produit une augmentation de la température et de la pression du gaz. Contact is made in particular by the published German patent application No. 2 349 263, a sulfur hexafluoride circuit breaker in which, on contact separation, a primary arc is generated between two electrodes and produces an increase in the temperature and the pressure of the gas.

Cette augmentation de pression est utilisée pour déplacer un piston solidaire de l'équipage mobile pour procurer un appoint à l'énergie nécessaire à la séparation des contacts. This increase in pressure is used to move a piston secured to the moving element to provide a boost to the energy necessary for the separation of the contacts.

Par ailleurs, le piston pousse devant lui du gaz frais qui est dirigé sur la zone de séparation des contacts pour souffler l'arc principal. In addition, the piston pushes in front of it fresh gas which is directed on the zone of separation of the contacts to blow the main arc.

Ce disjoncteur présente un inconvénient le piston de soufflage est solidaire de l'ensemble mobile. La masse de l'ensemble mobile est donc importante et nécessite corrélativement une énergie importante pour son déplacement. This circuit breaker has a drawback, the blowing piston is integral with the mobile assembly. The mass of the mobile assembly is therefore large and correspondingly requires significant energy for its movement.

Un but de l'invention est de réaliser un disjoncteur du type indiqué dans lequel l'ensemble mobile est plus léger. An object of the invention is to provide a circuit breaker of the type indicated in which the mobile assembly is lighter.

Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur dans lequel l'énergie de l'arc primaire contribue, lors de la fermeture du disjoncteur, au réarmement du ressort de déclenchement du disjoncteur. Another object of the invention is to produce a circuit breaker in which the energy of the primary arc contributes, during the closing of the circuit breaker, to the reset of the tripping spring of the circuit breaker.

L'invention a pour objet un disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant un ensemble fixe comprenant un contact principal et des contacts d'arc, un ensemble mobile comportant des contacts principaux et un contact d'arc, un dispositif de soufflage comprenant un cylindre semi-mobile séparé par un piston fixe en deux volumes dont l'un communique avec une buse de soufflage, et un volume thermique s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc, caractérisé en ce qu'une communication est établie entre le volume thermique et ledit second volume
pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique de monter en pression et d'aider au déplacement du cylindre et à la compression du gaz dudit premier volume, les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprenant au moins un doigt métallique pivotant, disposé dans le volume thermique et muni, à chacune de ses extrémités, de pièces d'usure résistant aux effets de l'arc et en contact respectivement, lorsque le disjoncteur est en position fermée, avec une pièce d'usure reliée électriquement au contact fixe et avec une pièce d'usure du contact d'arc mobile, ledit doigt pivotant lorsque l'une desdites extrémités quitte le contact d'arc mobile provoquant ainsi l'apparition simultanée d'un arc primaire et d'un arc secondaire aux extrémités dudit doigt.The subject of the invention is a pressurized dielectric gas circuit breaker of the type comprising a fixed assembly comprising a main contact and arcing contacts, a movable assembly comprising main contacts and an arcing contact, a blowing device comprising a semi-mobile cylinder separated by a fixed piston in two volumes, one of which communicates with a blowing nozzle, and a thermal volume opening onto the separation zone of the arcing contacts, characterized in that communication is established between the thermal volume and said second volume
to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to increase in pressure and to help the displacement of the cylinder and the compression of the gas of said first volume, the arcing contacts of the fixed assembly comprising at least one finger pivoting metal, placed in the thermal volume and provided, at each of its ends, with wear parts resistant to the effects of the arc and in contact respectively, when the circuit breaker is in the closed position, with a wear part electrically connected in fixed contact and with a wear part of the movable arcing contact, said pivoting finger when one of said ends leaves the movable arcing contact, thus causing the simultaneous appearance of a primary arc and a secondary arc at the ends of said finger.

D'autres particularités et avantages de la présente invention apparattront à la lecture de 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 en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'invention en position fermée, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle agrandie en coupe axiale d'une partie du disjoncteur, en position enclenchée, - la figure 4 est une vue de la même partie du disjoncteur, en cours de déclenchement, - la figure 5 est une vue agrandie de la partie V de la figure 1. Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following description of a preferred embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawing in which - Figure 1 is a partial view in half axial section of a circuit breaker according to the invention in the closed position, - Figure 2 is a sectional view along line II-II of Figure 1, - Figure 3 is an enlarged partial view in axial section of a part of the circuit breaker, in the engaged position, - Figure 4 is a view of the same part of the circuit breaker, during tripping, - Figure 5 is an enlarged view of part V of Figure 1.

Dans la figure 1, la référence 1 désigne l'axe du disjoncteur. Ce dernier comprend une enveloppe isolante étanche 2 remplie d'un gaz diélectrique tel que l'hexafluorure de soufre sous une pression de quelques bars. In Figure 1, reference 1 designates the axis of the circuit breaker. The latter comprises a sealed insulating envelope 2 filled with a dielectric gas such as sulfur hexafluoride under a pressure of a few bars.

A l'intérieur de l'enveloppe est disposé un ensemble fixe comprenant principalement une pièce 3 sensiblement tubulaire reliée à un bloc métallique fixe 4 connecté électriquement à une prise de courant non représentée. Dans l'épaisseur du tube 3 sont pratiquées des cavités 5 débouchant, à une extrémité du tube, dans l'espace annulaire 6 constitué par les éléments 7 et 8 d'une buse de soufflage fixés au tube 3. Inside the envelope is disposed a fixed assembly mainly comprising a substantially tubular part 3 connected to a fixed metal block 4 electrically connected to an outlet not shown. In the thickness of the tube 3 are formed cavities 5 opening, at one end of the tube, into the annular space 6 formed by the elements 7 and 8 of a blowing nozzle fixed to the tube 3.

Ce dernier porte, du côté de l'axe 1, une collerette 9 servant de support à un ensemble de contacts d'arc. The latter carries, on the axis 1 side, a flange 9 serving to support a set of arcing contacts.

Cet ensemble comprend (voir figure 3) une pièce tubulaire 10 en matériau isolant portant en extrémité un cylindre métallique 77 en matériau résistant aux effets de l'arc (par exemple tungstène). Une pièce métallique de révolution 12 est électriquement reliée à la collerette 9 ; cette pièce d'usure 12 est également réalisée en métal résistant à l'arc. This assembly comprises (see FIG. 3) a tubular piece 10 of insulating material carrying at the end a metal cylinder 77 made of material resistant to the effects of the arc (for example tungsten). A metallic piece of revolution 12 is electrically connected to the collar 9; this wear part 12 is also made of metal resistant to the arc.

La pièce isolante 10 comprend une saillie 13 servant de pivot à des doigts comprenant une pièce métallique 14 munie à chacune de ses extrémités de plots ou pièces d'usure, respectivement 15 et 16 en métal résistant aux effets de l'arc. Des ressorts, respectivement 17 et 18, sont disposés entre les doigts et la buse. The insulating part 10 comprises a projection 13 serving as a pivot for fingers comprising a metal part 14 provided at each of its ends with studs or wearing parts, respectively 15 and 16 made of metal resistant to the effects of the arc. Springs, 17 and 18 respectively, are arranged between the fingers and the nozzle.

L'extrémité de la pièce 3 porte une portion 19 en métal résistant à l'arc et constituant le contact permanent fixe du disjoncteur. The end of the part 3 carries a portion 19 of metal resistant to the arc and constituting the fixed permanent contact of the circuit breaker.

La pièce tubulaire 3 porte une couronne 20 venue d'usinage avec le tube 3 et formant un piston de section annulaire. The tubular part 3 carries a crown 20 machined with the tube 3 and forming a piston of annular section.

Ce piston fixe coopère avec un cylindre 21 poussé par un ressort 22 s'appuyant sur le bloc 4. This fixed piston cooperates with a cylinder 21 pushed by a spring 22 resting on the block 4.

Le cylindre 21 est prolongé par une portion tubulaire isolante 23. The cylinder 21 is extended by an insulating tubular portion 23.

Le volume de soufflage 30 communique par des orifices tels que 31 avec les cavités 5. The blowing volume 30 communicates through orifices such as 31 with the cavities 5.

Le piston 20 est percé de trous 33 fermés par des clapets différentiels 34. On désigne par 35 le volume situé de l'autre côté du piston 20 par rapport au volume 30. The piston 20 is pierced with holes 33 closed by differential valves 34. The volume located on the other side of the piston 20 relative to the volume 30 is designated by 35.

Le tube 3 et la portion tubulaire isolante 23 définissent un espace 36 qui communique avec un volume thermique 37 contenant les doigts de contact pivotant par des alésages axiaux 38 du tube 3. On note que les cavités 5 et les alésages 38 n'ont aucune communication entre eux. Le volume 37 est disposé du côté de l'axe et réalisé partiellement dans une partie amincie du tube 3. The tube 3 and the insulating tubular portion 23 define a space 36 which communicates with a thermal volume 37 containing the contact fingers pivoting by axial bores 38 of the tube 3. It is noted that the cavities 5 and the bores 38 have no communication between them. The volume 37 is placed on the axis side and produced partially in a thinned part of the tube 3.

L'équipage mobile comprend une pièce tubulaire 40, reliée à un mécanisme de déplacement en translation non représenté ainsi qu'à une prise de courant non représentée. The mobile assembly comprises a tubular part 40, connected to a movement mechanism in translation not shown as well as to a socket not shown.

La pièce 40 comporte une extrémité 41 en métal résistant aux effets de l'arc et constituant le contact d'arc mobile. The part 40 has an end 41 of metal resistant to the effects of the arc and constituting the movable arc contact.

La pièce 40 porte une pluralité de doigts de contact 42 constituant le contact permanent mobile coopérant avec la partie 19. The part 40 carries a plurality of contact fingers 42 constituting the mobile permanent contact cooperating with the part 19.

Les doigts 42 sont protégés par un capot tubulaire 43 qui lorsque le disjoncteur est en position enclenchée (figure 1) repousse le tube 23 et le cylindre 21 contre la force du ressort 22. Le volume 30 est alors maximal. The fingers 42 are protected by a tubular cover 43 which, when the circuit breaker is in the engaged position (FIG. 1) pushes the tube 23 and the cylinder 21 against the force of the spring 22. The volume 30 is then maximum.

Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant en position enclenchée, les contacts principaux 19 et 42 sont en contact, le plot 15 en appui sur la pièce de contact 16 le plot 7 en butée sur l'extrémité du tube 40. The operation of the circuit breaker is as follows in the engaged position, the main contacts 19 and 42 are in contact, the pad 15 resting on the contact piece 16 the pad 7 abuts on the end of the tube 40.

Le volume de soufflage 30 est maximal et le ressort 22 bandé. Le volume 35 est réduit au maximum. The blowing volume 30 is maximum and the spring 22 bandaged. The volume 35 is reduced to the maximum.

A l'ouverture du disjoncteur, l'ensemble mobile est déplacé vers la droite de la figure. Le contact principal mobile quitte le contact principal fixe et le courant passe par le tube 3, le tube 9, la pièce 12, les doigts 12, 14, 16 et le tube 40. When the circuit breaker opens, the mobile assembly is moved to the right in the figure. The movable main contact leaves the fixed main contact and the current flows through the tube 3, the tube 9, the part 12, the fingers 12, 14, 16 and the tube 40.

Lorsque l'extrémité 41 du tube 40 quitte le plot 16 (figure 4), les doigts 14 basculent car les ressorts 18 ont une force supérieure à celle des ressorts 17. Les pièces 12 et 15 se séparent et un arc 50 (arc primaire) jaillit entre 12 et 15 ; simultanément un arc 51 (arc secondaire) s'établit entre les pièces 16 et 41. When the end 41 of the tube 40 leaves the stud 16 (FIG. 4), the fingers 14 rock because the springs 18 have a force greater than that of the springs 17. The parts 12 and 15 separate and an arc 50 (primary arc) springs between 12 and 15; simultaneously an arc 51 (secondary arc) is established between the parts 16 and 41.

Le gaz du volume 37 s'échauffe et sa pression s'accroit. Cette pression est transmise par les ouvertures 38 aux volumes 36 et 35 et vient pousser le cylindre 21, contribuant ainsi à la manoeuvre d'ouverture du disjoncteur. The gas in volume 37 heats up and its pressure increases. This pressure is transmitted through the openings 38 to the volumes 36 and 35 and pushes the cylinder 21, thus contributing to the opening operation of the circuit breaker.

Le déplacement relatif du cylindre 21 et du piston 20 provoque la compression du gaz du volume 30. Du gaz frais est ainsi envoyé par les ouvertures 31 et les cavités 5 dans le volume annulaire 8 pour souffler l'arc secondaire. The relative movement of the cylinder 21 and the piston 20 causes the compression of the gas in the volume 30. Fresh gas is thus sent through the openings 31 and the cavities 5 in the annular volume 8 to blow the secondary arc.

Les clapets 34 sont agencés pour être fermés pendant la phase de compression du volume 30, qui correspond à l'ouverture du disjoncteur à cet effet, (voir figure 5) le clapet est constitué d'une simple rondelle 34 venant obturer un certain nombre de trous 33 répartis régulièrement autour de la couronne 31. La section S2 de la rondelle est supérieure à la surface S1 égaie à la somme des surfaces S7 des n trous 33. The valves 34 are arranged to be closed during the compression phase of the volume 30, which corresponds to the opening of the circuit breaker for this purpose, (see FIG. 5) the valve consists of a simple washer 34 closing off a certain number of holes 33 distributed regularly around the crown 31. The section S2 of the washer is greater than the surface S1 equal to the sum of the surfaces S7 of the n holes 33.

De la sorte, à l'ouverture du disjoncteur, lorsque la surpression du volume 37 arrive sur le clapet, elle ne s'exerce que sur la surface S1 alors que la pression du volume 30 s'exerce sur toute la surface S2. In this way, at the opening of the circuit breaker, when the overpressure of the volume 37 arrives on the valve, it is exerted only on the surface S1 while the pressure of the volume 30 is exerted on the entire surface S2.

En fin de manoeuvre, les pressions de part et d'autre du piston s'égalisent et le clapet peut s'ouvrir permettant au gaz chaud de l'arc primaire d'être évacué entre les contacts, via le piston de soufflage de gaz frais. At the end of the maneuver, the pressures on both sides of the piston equalize and the valve can open allowing the hot gas from the primary arc to be evacuated between the contacts, via the fresh gas blowing piston .

Le refermeture du disjoncteur est obtenue par déplacement de l'équipage mobile de la droite vers la gauche de la figure. The reclosing of the circuit breaker is obtained by moving the moving assembly from the right to the left of the figure.

Le tube 43 repousse la pièce 23 et le cylindre 21 en bandant le ressort 22. La pression dans le volume 30 diminue et provoque ltou- verture du clapet 34 ce qui permet le remplissage du cylindre. The tube 43 pushes back the part 23 and the cylinder 21 by bandaging the spring 22. The pressure in the volume 30 decreases and causes the valve 34 to open, which enables the cylinder to be filled.

Au moment où les paires de contact 16, 41 et 12, 15 se rapprochent des arcs s'établissent et engendrent une augmentation de la pression dans le volume 36 qui maintient le clapet ouvert et favorise la fermeture en s'exerçant sur la paroi 21A du cylindre 21. At the moment when the contact pairs 16, 41 and 12, 15 approach the arcs are established and generate an increase in the pressure in the volume 36 which keeps the valve open and promotes closing by acting on the wall 21A of the cylinder 21.

En fin de course, la pression du volume 35 est évacuée par les jeux annulaires des pièces 23 et 43. Les pressions des volumes 30 et 35 s'égalisent et le clapet 24 se remet en place, fermant les trous 33. At the end of the stroke, the pressure of the volume 35 is evacuated by the annular clearances of the parts 23 and 43. The pressures of the volumes 30 and 35 are equalized and the valve 24 is replaced, closing the holes 33.

Le disjoncteur de l'invention ne nécessite qu'une faible énergie de manoeuvre à l'ouverture et à la fermeture en raison du gain sur la masse de l'équipage mobile et l'utilisation judicieuse de l'énergie des arcs primaire et secondaire. The circuit breaker of the invention requires only a low operating energy on opening and closing due to the gain on the mass of the moving element and the judicious use of the energy of the primary and secondary arcs.

Pour la coupure des petits courants, le ressort suffit bien que l'arc soit faible ou insuffisant. For breaking small currents, the spring is sufficient although the arc is weak or insufficient.

L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute et moyenne tension.  The invention applies to high and medium voltage circuit breakers.

Claims (4)

REVERDI CATIONSREVERDI CATIONS 1/ Disjoncteur à gaz diélectrique sous pression du type comprenant un ensemble fixe comprenant un contact principal (19) et des contacts d'arc (15, 16), un ensemble mobile comportant des contacts principaux (42) et un contact d'arc (40, 41), un dispositif de soufflage comprenant un cylindre semi-mobile (21) séparé par un piston fixe (20) en deux volumes (30, 35) dont l'un (35) communique avec une buse de soufflage (7, 8), et un volume thermique (37) s'ouvrant sur la zone de séparation des contacts d'arc, caractérisé en ce qu'une communication (38) est établie entre le volume thermique (37) et ledit second volume (35) pour permettre au gaz échauffé par l'arc dans le volume thermique de monter en pression et d'aider au déplacement du cylindre (21) et à la compression du gaz dudit premier volume (30), les contacts d'arc de l'ensemble fixe comprenant au moins un doigt métallique (14) pivotant, disposé dans le volume thermique et muni, à chacune de ses extrémités, de pièces d'usure (15, 16) résistant aux effets de l'arc et en contact respectivement, lorsque le disjoncteur est en position fermée, avec une pièce d'usure (12) reliée électriquement au contact fixe et avec une pièce d'usure (41) du contact d'arc mobile, ledit doigt (14) pivotant lorsque l'une (16) desdites extrémités quitte le contact d'arc mobile (41) provoquant ainsi l'apparition simultanée d'un arc primaire (50) et d'un arc secondaire (51) aux extrémités dudit doigt.1 / Pressure dielectric gas circuit breaker of the type comprising a fixed assembly comprising a main contact (19) and arcing contacts (15, 16), a movable assembly comprising main contacts (42) and an arcing contact ( 40, 41), a blowing device comprising a semi-mobile cylinder (21) separated by a fixed piston (20) into two volumes (30, 35) one of which (35) communicates with a blowing nozzle (7, 8), and a thermal volume (37) opening onto the separation zone of the arcing contacts, characterized in that a communication (38) is established between the thermal volume (37) and said second volume (35) to allow the gas heated by the arc in the thermal volume to increase in pressure and to help the displacement of the cylinder (21) and the compression of the gas of said first volume (30), the arcing contacts of the assembly stationary comprising at least one pivoting metal finger (14), disposed in the thermal volume and provided, at each of its ends, with wearing parts (15, 16) resistant to the effects of the arc and in contact respectively, when the circuit breaker is in the closed position, with a wearing part (12) electrically connected to the fixed contact and with a wearing part (41) of the movable arcing contact , said finger (14) pivoting when one (16) of said ends leaves the movable arc contact (41) thus causing the simultaneous appearance of a primary arc (50) and a secondary arc (51) at the ends of said finger. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le doigt (14) comprend au moins un ressort (18) appliquant une de ses extrémités (16) sur le contact d'arc mobile (40, 41).2 / A circuit breaker according to claim 1, characterized in that the finger (14) comprises at least one spring (18) applying one of its ends (16) on the movable arcing contact (40, 41). 3/ DisJoncteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit piston fixe (20) comprend une pluralité de trous (33) mettant en communication ses deux faces et pouvant être fermés par un clapet différentiel (34).3 / Circuit breaker according to one of claims 1 and 2, characterized in that said fixed piston (20) comprises a plurality of holes (33) communicating its two faces and can be closed by a differential valve (34). 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit cylindre semi-mobile (21) coulisse autour d'un tube fixe (3), coaxialement à ce tube, les contacts fixes étant disposés à une extrémité de ce tube, le piston étant constitué par une couronne (20) solidaire dudit tube, le premier volume (30) communiquant avec la buse par des canaux (43) pratiqués dans l'épaisseur du tube et disposés parallèlement à l'axe du tube, le volume thermique (37) étant délimité partiellement par une portion amincie du tube (3), la communication entre le volume thermique et le second volume (35) comprenant des passages radiaux (38) pratiqués dans ledit tube et disposés entre lesdits canaux (43). 4 / Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that said semi-mobile cylinder (21) slides around a fixed tube (3), coaxial with this tube, the fixed contacts being arranged at one end of this tube, the piston being constituted by a crown (20) integral with said tube, the first volume (30) communicating with the nozzle by channels (43) formed in the thickness of the tube and arranged parallel to the axis of the tube, the thermal volume (37) being partially delimited by a thinned portion of the tube (3), the communication between the thermal volume and the second volume (35) comprising radial passages (38) formed in said tube and disposed between said channels (43 ).
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