FR2646961A1 - Self-blasting medium voltage circuit breaker. - Google Patents

Abstract

The invention relates to a self-blasting medium voltage circuit breaker. Its subject is a medium voltage circuit breaker comprising, inside a casing filled with dielectric gas, a cutoff chamber including a fixed main contact, a moving main contact, a fixed arc contact, a moving arc contact and a thermal volume, characterised in that it comprises means for ensuring a rise in pressure in the thermal volume V2 and allows straightforward blasting for currents of low and medium intensity and double blasting for currents of high intensity. Application to medium voltage circuit breakers.

Description

Disjoncteur à moyenne tension à autosoufflage
La présente invention est relative à un disjoncteur à moyenne tension dans lequel l'isolation est assurée par un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre (SF6), ce même gaz assurant par autosoufflage l'extinction de l'arc qui se forme à ltouverture du disjoncteur.Self-blowing medium voltage circuit breaker
The present invention relates to a medium-voltage circuit breaker in which the insulation is ensured by a gas with good dielectric properties, such as sulfur hexafluoride (SF6), this same gas ensuring by self-blowing the extinction of the arc that forms when the circuit breaker opens.

Un tel disjoncteur est connu, par exemple par l'article de la Revue Brown Boveri 3-87, pages 150 à 156. Such a circuit breaker is known, for example from the article in the Revue Brown Boveri 3-87, pages 150 to 156.

On trouve, dans ce disjoncteur, un volume appelé volume thermique, dans lequel le gaz, chauffé par l'arc, subit une augmentation de pression ; au premier passage par zéro du courant alternatif à couper, l'arc diminue d'intensité et le gaz se détend en venant souffler l'arc. There is, in this circuit breaker, a volume called thermal volume, in which the gas, heated by the arc, undergoes an increase in pressure; at the first zero crossing of the alternating current to be cut, the arc decreases in intensity and the gas expands by blowing the arc.

Un disjoncteur de ce type présente un inconvénient - la section d'évacuation ainsi que le volume des gaz chauffés par l'arc est constante, de sorte qu'un soufflage global de l'arc est effectué, quelle que soit la valeur de l'intensité du courant à couper. Il en résulte que pour obtenir un bon soufflage pour toutes les valeurs du courant à couper, il est nécessaire de surdimensionner l'appareil et en particulier son dispositif de manoeuvre. A circuit breaker of this type has a drawback - the discharge section as well as the volume of the gases heated by the arc is constant, so that an overall blowing of the arc is carried out, whatever the value of the intensity of the current to be cut. It follows that to obtain a good blowing for all the values of the current to be cut, it is necessary to oversize the device and in particular its operating device.

La Demanderesse a observé qu'il est possible de diminuer le coût d'un disjoncteur moyenne tension et de sa commande, si l'on dote le disjoncteur de moyens permettant un simple soufflage pour la coupure des courants de faible et de moyenne intensité et un double soufflage, pour la coupure des courants de forte inten sité.  The Applicant has observed that it is possible to reduce the cost of a medium voltage circuit breaker and of its control, if the circuit breaker is provided with means allowing a simple blowing for the breaking of low and medium intensity currents and a double blowing, for cutting high intensity currents.

L'invention a donc pour objet un disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie de gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile, un contact d'arc fixe, un contact d'arc mobile et un volume thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une montée en pression du volume thermique et permettre un simple soufflage pour les courants de faible et moyenne intensité et un double soufflage pour les courants de forte intensité. The subject of the invention is therefore a medium-voltage circuit breaker comprising, inside an envelope filled with dielectric gas, a breaking chamber comprising a fixed main contact, a movable main contact, a fixed arcing contact, a movable arcing contact and a thermal volume, characterized in that it comprises means for ensuring a rise in pressure of the thermal volume and allowing a single blowing for the currents of low and medium intensity and a double blowing for the currents of strong intensity.

L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après de divers modes de réalisation de l'invention, en référence au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée, - la figure 2 est une vue semblable du même disjoncteur représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité, - la figure 3 est une vue semblable du même disjoncteur représenté dans une phase ultérieure d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité, - la figure 4 est une vue semblable du même disjoncteur représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de forte intensité, - la figure 5 est une vue schématique partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon une variante de réalisation de l'invention, représenté au cours d'une manoeuvre de déclenchement pour la coupure d'un courant de faible ou moyenne intensité. The invention will be better understood from the description given below of various embodiments of the invention, with reference to the attached drawing in which - Figure 1 is a partial schematic view in axial half-section of a circuit breaker according to a first embodiment of the invention, shown in the engaged position, - Figure 2 is a similar view of the same circuit breaker shown during a tripping operation for breaking a current of low or medium intensity, - Figure 3 is a similar view of the same circuit breaker shown in a subsequent phase of a tripping operation for breaking a current of low or medium intensity, - Figure 4 is a similar view of the same circuit breaker shown during a tripping operation for breaking a high current, - Figure 5 is a partial schematic view in axial half-section of a circuit breaker according to an alternative embodiment of the invention, shown during a triggering maneuver for breaking a current of low or medium intensity.

Le disjoncteur représenté partiellement dans la figure 1 est de révolution autour d'un axe xx. The circuit breaker partially shown in Figure 1 is of revolution around an axis xx.

Il comprend une enveloppe étanche comprenant un elément cylindrique isolant 1, un fond isolant 2 et un chapeau métallique 3. It comprises a sealed envelope comprising an insulating cylindrical element 1, an insulating bottom 2 and a metal cap 3.

L'enveloppe est remplie d'un gaz à bonnes propriétés diélectriques, tel que l'hexafluorure de soufre, qui assure l'isolement à l'intérieur de l'enveloppe et le soufflage de l'arc au moment de la coupure du courant.The envelope is filled with a gas with good dielectric properties, such as sulfur hexafluoride, which insulates inside the envelope and blows the arc when the power is cut.

Le disjoncteur comporte une première prise de courant 4 qui traverse l'enveloppe à la jonction des pièces 1 et 3. Cette prise 4 se prolonge, à l'intérieur de l'enveloppe, par une couronne métallique 5 terminée par une courte portion cylindrique 6 d'axe xx et constituant le contact principal fixe du disjoncteur. The circuit breaker has a first socket 4 which crosses the enclosure at the junction of parts 1 and 3. This socket 4 is extended, inside the enclosure, by a metal ring 5 terminated by a short cylindrical portion 6 of axis xx and constituting the fixed main contact of the circuit breaker.

Une seconde prise de courant 7 traverse l'enveloppe à la jonction entre les pièces 1 et 2, et se prolonge à l'intérieur de l'enveloppe par une couronne 8 terminée par des contacts électriques 9. A second socket 7 crosses the envelope at the junction between the parts 1 and 2, and is extended inside the envelope by a ring 8 terminated by electrical contacts 9.

Les contacts 9 coopèrent avec une tige métallique 10 dont une extrémité 10A est réalisée en un matériau résistant aux effets de l'arc électrique, par exemple un alliage de tungstène. La tige 10, 10A constitue le contact d'arc mobile du disjoncteur. La seconde extrémité de la tige 10 est reliée à une tringle isolante 12 de manoeuvre du disjoncteur qui traverse l'enveloppe de manière étanche grâce à un joint dynamique 13. The contacts 9 cooperate with a metal rod 10, one end of which 10A is made of a material resistant to the effects of the electric arc, for example a tungsten alloy. The rod 10, 10A constitutes the movable arcing contact of the circuit breaker. The second end of the rod 10 is connected to an insulating rod 12 for operating the circuit breaker which passes through the casing in a sealed manner thanks to a dynamic seal 13.

La tige 10 est solidaire d'une couronne 14 portant des doigts de contact 15 constituant le contact principal mobile du disjoncteur et coopérant avec le tube 6 lorsque le disjoncteur est en position fermée (figure 1). La couronne 14 est percée de larges ouvertures 16 qui l'allègent et permettent une libre circulation du gaz lors des manoeuvres du disjoncteur. The rod 10 is integral with a ring 14 carrying contact fingers 15 constituting the main movable contact of the circuit breaker and cooperating with the tube 6 when the circuit breaker is in the closed position (Figure 1). The crown 14 is pierced with large openings 16 which lighten it and allow a free circulation of the gas during the operations of the circuit breaker.

A l'intérieur du chapeau 3 est placée une chemise métallique 20 qui porte une couronne de doigts de contact 21 terminés par une pastille d'usure 21A. Ces doigts constituent le contact d'arc fixe du disjoncteur. La chemise est avantageusement fixée à la couronne 5 ; elle définit, avec la portion 3 de l'enveloppe, un passage 22 communiquant, par des perçages 23 pratiqués dans la couronne 5, avec le volume V1 délimité par la pièce 1, les couronnes 5 et 8 et la tige 10. Inside the cap 3 is placed a metal jacket 20 which carries a crown of contact fingers 21 terminated by a wear pad 21A. These fingers constitute the fixed arcing contact of the circuit breaker. The shirt is advantageously attached to the crown 5; it defines, with the portion 3 of the envelope, a passage 22 communicating, by holes 23 made in the crown 5, with the volume V1 delimited by the part 1, the crowns 5 and 8 and the rod 10.

Les doigts de contact 21 sont prolongés par une pièce sensiblement tubulaire 25 en matériau isolant, présentant un bourrelet 25A en contact avec la tige 10 lorsque le disjoncteur est fermé et pendant les premiers instants d'une manoeuvre d'ouverture. A la couronne 5 est fixée une autre pièce en matériau isolant 26, formant buse de soufflage, et en contact par la périphérie de son col 26A, avec la tige 10. Les pièces 25 et 26 sont avantageusement réalisées en polytétrafluoro-éthylène. Les pièces 25 et 26 définissent entre elles un passage 27 permettant la communication entre le volume thermique V2, défini par l'intérieur de la chemise 20, et la zone d'arc, lorsque la tige 10 a dépassé le col 26A. The contact fingers 21 are extended by a substantially tubular piece 25 of insulating material, having a bead 25A in contact with the rod 10 when the circuit breaker is closed and during the first moments of an opening operation. To the crown 5 is fixed another piece of insulating material 26, forming a blowing nozzle, and in contact by the periphery of its neck 26A, with the rod 10. The pieces 25 and 26 are advantageously made of polytetrafluoroethylene. The parts 25 and 26 define between them a passage 27 allowing communication between the thermal volume V2, defined by the interior of the jacket 20, and the arc zone, when the rod 10 has passed the neck 26A.

Des trous 28, entre les doigts 21 et la pièce 25, permettent au gaz de pénétrer à l'intérieur du volume V2. Holes 28, between the fingers 21 and the part 25, allow the gas to penetrate inside the volume V2.

Le passage 22 peut être fermé par un organe d'obturation tel qu'un tiroir 30, poussé par un ressort 31 s'appuyant par ailleurs au fond d'une cavité 32 pratiquée dans le chapeau 3. The passage 22 can be closed by a shutter member such as a drawer 30, pushed by a spring 31 resting moreover at the bottom of a cavity 32 formed in the cap 3.

Des trous 35 dans la couronne 8, permettent une communication entre le volume Vî et le reste de l'enveloppe. Holes 35 in the crown 8 allow communication between the volume Vî and the rest of the envelope.

Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant - lorsque le disjoncteur est fermé, ce qui est la position représentée dans la figure 1, le courant traverse la prise 4, la couronne 5, les doigts 15, la couronne 14, la tige 10, les contacts 9, la couronne 8 et la prise 7. The operation of the circuit breaker is as follows - when the circuit breaker is closed, which is the position shown in Figure 1, the current flows through the socket 4, the crown 5, the fingers 15, the crown 14, the rod 10, the contacts 9, crown 8 and socket 7.

Coupure des courants de faible ou moyenne intensité
Il s'agit des courants capacitifs, des courants faiblement inductifs ou du courant nominal de la ligne.Interruption of low or medium intensity currents
These are capacitive currents, weakly inductive currents or the nominal current of the line.

Pour couper le courant, un ordre est donné à l'organe de commande qui entraine la tringle de manoeuvre 12 vers la droite de la figure. To cut the current, an order is given to the control member which drives the operating rod 12 to the right of the figure.

Les contacts principaux 6 et 15 se séparent et le courant passe alors par la prise 4, la couronne 5, la chemise 20, les doigts 21, le tube 10, les contacts 9, la couronne 8 et la prise 7. The main contacts 6 and 15 separate and the current then passes through the socket 4, the crown 5, the jacket 20, the fingers 21, the tube 10, the contacts 9, the crown 8 and the socket 7.

Pendant le mouvement de la tige 10, le tiroir, poussé par le ressort 31, se déplace dans le même sens que la tige 10. During the movement of the rod 10, the slide, pushed by the spring 31, moves in the same direction as the rod 10.

Lorsque les contacts d'arc 21A et 10A se séparent, (figure 2), un arc 40 jaillit entre eux et échauffe le gaz environnant, faisant croitre la pression dans le volume V2. Mais le courant étant faible ou moyen, cette augmentation de pression est insuffisante pour repousser le tiroir 30 contre l'action du ressort 31, de sorte que ce clapet ferme le passage 22. Pendant cette première phase d'ouverture, le passage 27 reste fermé par la tige 10, ce qui permet une montée en pression correcte. When the arcing contacts 21A and 10A separate, (FIG. 2), an arc 40 erupts between them and heats the surrounding gas, causing the pressure in the volume V2 to increase. But the current being low or medium, this increase in pressure is insufficient to push the slide 30 against the action of the spring 31, so that this valve closes the passage 22. During this first opening phase, the passage 27 remains closed by the rod 10, which allows a correct pressure rise.

Lorsque la tige 10 dégage le passage 27, le gaz comprimé du volume V2 se détend et vient lécher la racine de l'arc sur l'extré- mité 10A du contact mobile d'arc. Ce simple soufflage suffit à éteindre l'arc. Le gaz chaud se répand, par les ouvertures 16 et 35 dans tout le volume de l'enveloppe où il se refroidit et régénère ses qualités diélectriques.  When the rod 10 clears the passage 27, the compressed gas of the volume V2 expands and comes to lick the root of the arc on the end 10A of the movable arcing contact. This simple blowing is enough to extinguish the arc. The hot gas spreads through the openings 16 and 35 throughout the volume of the envelope where it cools and regenerates its dielectric qualities.

Coupure des courants de forte intensité
Il s'agit des courants de court-circuit.Cut of high intensity currents
These are short-circuit currents.

La pression engendrée par l'arc est cette fois beaucoup plus importante et repousse le tiroir 30 contre l'action du ressort 31. The pressure generated by the arc is this time much greater and pushes the drawer 30 against the action of the spring 31.

De la sorte, le passage 22 est ouvert, ce qui permet un premier soufflage de la racine de l'arc accrochée sur les contacts fixes d'arc 21A (figure 4), suivi, lorsque l'extrémité 10A du tube 10 a dégagé le passage 27, d'un second soufflage sur l'autre racine de l'arc accrochée sur cette extrémité 10A. In this way, the passage 22 is open, which allows a first blowing of the root of the arc hooked on the fixed arc contacts 21A (FIG. 4), followed, when the end 10A of the tube 10 has released the passage 27, of a second blowing on the other root of the arc hung on this end 10A.

Grâce aux dispositions de l'invention, il est possible de réaliser un disjoncteur à faible énergie de manoeuvre ayant un prix de revient moins important que celui de l'art- antérieur et fonctionnant en toute sécurité pour toutes les valeurs de courant à couper. On note que la montée en pression du volume thermique (V2) s'effectue par des orifices (28) distincts de l'orifice du conduit (27) par lequel s'effectue la détente des gaz du volume thermique. Thanks to the provisions of the invention, it is possible to produce a circuit breaker with low operating energy having a lower cost price than that of the prior art and operating safely for all the current values to be cut. It will be noted that the increase in pressure of the thermal volume (V2) is effected by orifices (28) distinct from the orifice of the duct (27) through which the expansion of the gases of the thermal volume takes place.

Dans la variante de réalisation représentée dans la figure 5, les éléments communs à cette figure et aux figures précédentes ont reçu les mêmes numéros de référence. In the variant embodiment shown in FIG. 5, the elements common to this figure and to the previous figures have been given the same reference numbers.

La chemise métallique 20 des figures précédentes est remplacée cette fois par une chemise 20' en matériau isolant et venue de moulage avec la buse 26. The metal jacket 20 of the previous figures is replaced this time by a jacket 20 'made of insulating material and molded with the nozzle 26.

Les contacts d'arc 21' sont constitués d'un tube fermé fixé au chapeau métallique 3 de l'enveloppe. The arcing contacts 21 ′ consist of a closed tube fixed to the metal cap 3 of the envelope.

Le volume thermique est muni de chicanes 41 permettant au gaz chaud de se régénérer avant le soufflage. Quand le tiroir 30 arrive en butée, le double soufflage est systématique.  The thermal volume is provided with baffles 41 allowing the hot gas to regenerate before blowing. When the drawer 30 reaches the stop, the double blowing is systematic.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à moyenne tension comprenant, à l'intérieur d'une enveloppe remplie de gaz diélectrique, une chambre de coupure comportant un contact principal fixe, un contact principal mobile, un contact d'arc fixe, un contact d'arc mobile et un volume thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour assurer une montée en pression du volume thermique (V2), et permettre un simple soufflage pour les courants de faible et moyenne intensité et un double soufflage pour les courants de forte intensité.1 / Medium-voltage circuit breaker comprising, inside an envelope filled with dielectric gas, a breaking chamber comprising a fixed main contact, a movable main contact, a fixed arcing contact, a movable arcing contact and a thermal volume, characterized in that it comprises means for ensuring a pressure rise in the thermal volume (V2), and allowing a single blowing for the currents of low and medium intensity and a double blowing for the currents of high intensity. 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit contact d'arc mobile est constitué d'une tige métallique (10), ledit contact d'arc fixe étant constitué de doigts (21) formant une couronne prolongée par une pièce annulaire isolante (25), ledit volume thermique (V2) étant constitué par l'intérieur d'une chemise (20) en communication avec la zone d'arc par des orifices (28) du contact d'arc fixe, ladite chemise délimitant avec l'enveloppe un conduit (22) mettant en communication la zone d'arc avec le reste du volume de l'enveloppe, ledit volume thermique comportant un passage de sortie (27) des gaz au voisinage d'une buse de soufflage (26), ledit conduit (22) et ledit passage (27) débouchant dans la zone d'arc de part et d'autre de la zone où se forme l'arc (40) à la séparation desdits contacts d'arc, lesdits moyens étant constitués par un organe d'obturation (30) du conduit (22), assujetti à ne s'ouvrir que lors de la coupure des courants de forte intensité.2 / A circuit breaker according to claim 1, characterized in that said movable arcing contact consists of a metal rod (10), said fixed arcing contact consisting of fingers (21) forming a ring extended by an annular piece insulating (25), said thermal volume (V2) being constituted by the inside of a jacket (20) in communication with the arc zone by orifices (28) of the fixed arcing contact, said jacket delimiting with l 'envelope a conduit (22) placing the arc zone in communication with the rest of the volume of the envelope, said thermal volume comprising an outlet passage (27) for gases in the vicinity of a blowing nozzle (26), said conduit (22) and said passage (27) opening into the arc zone on either side of the zone where the arc (40) is formed at the separation of said arcing contacts, said means being constituted by a shutter member (30) of the duct (22), subject to opening only when breaking the strong currents intensity. 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit organe d'obturation est un tiroir (30) poussé par un ressort (31).3 / A circuit breaker according to claim 2, characterized in that said shutter member is a drawer (30) pushed by a spring (31). 4/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit volume thermique (V2) comprend des chicanes (41).4 / Circuit breaker according to one of claims 1 to 3, characterized in that said thermal volume (V2) comprises baffles (41). 5/ Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la montée en pression dans le volume thermique (V2) steffec- tue par des orifices (28) distincts de l'orifice du conduit (27) par lesquels s'effectue la détente des gaz du volume thermique (V2). 5 / Circuit breaker according to one of claims 1 to 4, characterized in that the increase in pressure in the thermal volume (V2) is effected by orifices (28) distinct from the orifice of the conduit (27) through which s 'performs gas expansion of the thermal volume (V2).