EP0149470A2 - Disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc - Google Patents

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EP0149470A2
EP0149470A2 EP85100183A EP85100183A EP0149470A2 EP 0149470 A2 EP0149470 A2 EP 0149470A2 EP 85100183 A EP85100183 A EP 85100183A EP 85100183 A EP85100183 A EP 85100183A EP 0149470 A2 EP0149470 A2 EP 0149470A2
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arc
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contacts
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Van Doan Pham
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Alstom SA
Alsthom Atlantique SA
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    • H01H2033/902—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism making use of the energy of the arc or an auxiliary arc with the gases from hot space and compression volume following different paths to arc space or nozzle, i.e. the compressed gases do not pass through hot volume

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit-breaker with arc blowing, of the pressurized gas type, the cutting chamber of which comprises a volume in which the gas, heated by the cutting arc and the pressure of which increases this fact is used to extinguish the arc, thanks to its relaxation at the time of the zero crossing of the value of the intensity of the current to be cut.
  • the gas is for example sulfur hexafluoride.
  • volume 9 contains gases pressurized by heating by the arc and, for this reason is called thermal volume; the volume 13 conveys the air passed through the piston 12; for this reason we will call it compression volume.
  • An object of the invention is to improve the blowing effect without increasing the operating energy.
  • the gases from the thermal and compression volumes pass through nozzles which direct separate blowing jets oriented respectively on each of the roots of the arc.
  • the subject of the invention is a high-voltage circuit-breaker with arc blowing of the pressurized gas type comprising a first volume in which the pressure increases by heating by the cutting arc, the gas of this volume expanding to blow the arc at the moment of the zero crossing of the current to be cut and a second volume in which the gas is compressed by a piston at the start of the circuit breaker opening phase and directed on the arc in the subsequent phases, the circuit breaker comprising main fixed contacts, fixed spark arrester contacts main movable contacts and movable spark arrester contacts, the arc extending during the opening of the circuit breaker, between the spark arrester contacts, the first volume and the second volume being arranged on either side of the arc zone, characterized in that said volumes are annular and terminated by nozzles directing separate blowing jets oriented respectively on each of the roots of the arc.
  • Figure 2 partially shows the circuit breaker in the closed position.
  • the cut-off assembly is coaxial with the envelope; an annular volume 71 separates it from the envelope.
  • the set of fixed contacts comprises main contact fingers 21, rPixed to a contact holder 22 connected to a contact tube 23; the contact carrier 22 also serves as a support for the spark arrester contact fingers 24 and is extended on the axis side of the circuit breaker by a cylindrical part 22A terminated by a zone 22B made of material resistant to the effects of electric arcs.
  • the contact carrier 22 also serves as a support for an axial cylindrical sleeve 25 terminated by an insulating nozzle 26.
  • the sleeve 25 and the nozzle 26 define with the cylindrical part 22A a cylindrical volume 27 of annular section, which, as will be seen below, plays the role of thermal volume during opening of the circuit breaker.
  • the tubes 31 and 34 are integral with each other and integral with an operating rod, not shown.
  • a cylindrical wall 35 coaxial with the tubes 31 and 34 makes it possible to define two volumes of annular section, 37 and 38.
  • the volume 38 comprises a tube 41 carrying at one end an insulating nozzle 42 which, when the circuit breaker is in the closed position, comes to bear on the nozzle 26.
  • the other end of the tube 41 carries a piston 43 sliding in leaktight manner in the volume 38.
  • the piston is pushed by a spring 44 resting on a step 45 of the tube 35.
  • the nozzle 42 remains applied to the nozzle 26 by the action of the spring 44.
  • the gas in volume 37 begins to compress under the action of the fixed piston 39, volumes 37 and 38 being closed by the application of contacts 34A on nozzle 42.
  • FIG. 4 shows the phase of the cut-off in which the piston 43 reaches the end of its travel, but where the nozzle 42 is still applied on nozzle 26.
  • the relative position of the nozzle 42 and the spark arrester tube 34A has become fixed and defines an annular orifice 50 through which one of the roots of the arc begins to be blown by the gas compressed by the piston 39.
  • a double blowing of the arc is thus obtained, the directions of which apply to the two ends or roots of the arc, as shown by the arrows F1 and F2 in FIG. 4.
  • the arc is blown vigorously and the effect back pressure on the piston is limited, so that the energy required for opening is low.
  • Figure 6 shows the circuit breaker at the end of the cut-off period.
  • the large opening 70 allows rapid cooling of the gases.

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Abstract

L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc pneumatique comportant un premier volume (27) dans lequel la pression augmente par chauffage par l'arc de coupure, le gaz de ce volume se détendant pour souffler l'arc au moment du passage par zéro du courant à couper et un second volume (37) dans lequel le gaz est comprimé par un piston (39) au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans les phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes principaux (21), des contacts fixes pare-étincelles (24) des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, l'arc s'étendant au cours de l'ouverture de disjoncteur, entre les contacts pare-étincelles, le premier volume (27) et le second volume (37) étant disposés de part et d'autre de la zone d'arc, les volumes étant annulaires et terminés par des buses (26, 42) dirigeant des jets de soufflage distincts orientés respectivement sur chacune des racines de l'arc.

Description

    Disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc
  • L'invention est relative à un disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc, du type à gaz sous pression, dont la chambre de coupure comporte un volume dans laquelle le gaz, chauffé par l'arc de coupure et dont la pression augmente de ce fait, est utilisé pour éteindre l'arc, grâce à sa détente au moment du passage par zéro de la valeur de l'intensité du courant à couper. Le gaz est par exemple de l'hexafluorure de soufre.
  • Dans la demande de brevet français n° 82 00034 du 5 Janvier 1982, la Demanderesse à décrit un disjoncteur du type précité, dans lequel le volume est annulaire et délimité par la surface intérieure d'une base de soufflage et un déflecteur coaxial à la buse.
  • La figure 1 représente une demi-coupe partielle du disjoncteur précité, dans laquelle les numéros de références ont les significations suivantes :
    • 1 contact principal fixe (1 : en position ouverte, 1' en position fermée)
    • 2 contact d'arc fixe
    • 3 contact principal mobile
    • 4 buse de soufflage isolante
    • 5 déflecteur coaxial
    • 6 ouvertures entre le volume 9 et le volume 13
    • 7 doigts du contact principal mobile
    • 8 portion tubulaire du contact mobile ; 8A extrémité de cette portion tubulaire
    • 9 volume à section annulaire pour effet thermique
    • 9A volume annulaire adjacent au volume 9
    • 10A passage annulaire des gaz chauds de soufflage d'arc par effet thermique
    • 10B passage annulaire de la buse de soufflage par compression.
    • 12 piston de soufflage fixe
    • 13 volume de compression
    • 14 conduit annulaire de soufflage.
  • On observe que, lors de l'ouverture du disjoncteur, l'arc qui prend naissance entre le contact d'arc fixe 2 et le contact 8A, est soumis aux jets de gaz provenant des volumes 9 et 13. Le volume 9 contient des gaz mis sous pression par chauffage par l'arc et, pour cette raison est appelé volume thermique ; le volume 13 véhicule de l'air passé par le piston 12 ; pour cette raison nous l'appellerons volume de compression.
  • On observe que l'arc n'est énergiquement soufflé que dans la zone voisine de celle de ses racines qui s'appuient sur le contact mobile 8A. Pour obtenir un soufflage efficace pour les forts courants à couper, il faut donc que le soufflage par le gaz du volume de compression 14 soit important ; or, plus ce soufflage est important, plus l'énergie nécessaire à le créer est importante, car il faut vaincre les effets de contre-pression s'exerçant sur le piston 12.
  • Un but de l'invention est d'améliorer l'effet de soufflage sans augmenter l'énergie de manoeuvre. ,
  • Il a été proposé d'améliorer le soufflage en disposant les volumes thermique et de compression de part et d'autre de la zone d'arc.
  • Une telle disposition peut se voir dans les demandes de brevet allemand n° 1 127 442 et 29 48 976 ainsi que dans le brevet français 2 373 141.
  • Mais, dans les disjoncteurs décrits dans ces documents, les gaz en provenance des deux volumes sont réunis avant d'atteindre la zone d'arc, d'où il ne résulte qu'une faible amélioration de la qualité de soufflage.
  • Selon une particularité de la présente invention, les gaz en provenance des volumes thermique et de compression passent dans des buses qui dirigent des jets de soufflage distincts orientés respectivement sur chacune des racines de l'arc.
  • L'invention a pour objet un disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc du type à gaz sous-pression comportant un premier volume dans lequel la pression augmente par chauffage par l'arc de coupure, le gaz de ce volume se détendant pour souffler l'arc au moment du passage par zéro du courant à couper et un second volume dans lequel le gaz est comprimé par un piston au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans les phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes principaux, des contacts fixes pare-étincelles des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, l'arc s'étendant au cours de l'ouverture du disjoncteur, entre les contacts pare-étincelles, le premier volume et le second volume étant disposés de part et d'autre de la zone d'arc, caractérisé en ce que lesdits volumes sont annulaires et terminés par des buses dirigeant des jets de soufflage distincts orientés respectivement sur chacune des racines de l'arc.
  • L'invention est précisée par la description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel :
    • - la figure 1 est une vue partielle en demi-coupe axiale d'un disjoncteur selon l'art antérieur
    • - les figures 2 à 6 représentent une vue en demi-coupe partielle d'un disjoncteur selon un mode préféré de réalisation de l'invention, dans diverses portions au cours de l'ouverture du disjoncteur.
  • La figure 2 représente partiellement le disjoncteur en position fermée.
  • On distingue l'enveloppe extérieure cylindrique en céramique 70. L'ensemble de coupure est coaxial à l'enveloppe ; un volume annulaire 71 le sépare de l'enveloppe. L'ensemble de contacts fixes comprend des doigts de contacts principaux 2l,rPixés à un porte-contacts 22 reliés à un tube de contact 23 ; le porte-contacts 22 sert également de support aux doigts de contacts pare-étincelles 24 et se prolonge du côté de l'axe du disjoncteur par une partie cylindrique 22A terminée par une zone 22B en matériau résistant aux effets des arcs électriques.
  • Le porte-contact 22 sert également de support à un manchon cylindrique axial 25 terminé par une buse isolante 26.
  • Le manchon 25 et la buse 26 définissent avec la partie cylindrique 22A un volume cylindrique 27 de section annulaire, qui comme on le verra plus loin, joue le rôle de volume thermique lors d'une ouverture du disjoncteur.
  • L'ensemble mobile comprend :
    • - un tube de contact 31 coopérant avec les contacts principaux fixes 21 lorsque le disjoncteur est fermé ;
    • - un tube 34, coaxial au tube 31, terminé par un cylindre 34A de contact pare-étincelles, dont la zone d'extrémité 34B est en matériau résistant aux effets de l'arc électrique, et coopérant avec les contacts pare-étincelle 24 lorsque le disjoncteur est fermé.
  • Les tubes 31 et 34 sont solidaires entre eux et solidaires d'une tige de manoeuvre non représentée.
  • Une paroi cylindrique 35 coaxiale aux tubes 31 et 34 permet de définir deux volumes de section annulaire, 37 et 38.
  • Le volume 38 comporte un tube 41 portant à une extrémité une buse isolante 42 qui, lorsque le disjoncteur est en position fermée, vient s'appuyer sur la buse 26.
  • L'autre extrémité du tube 41 porte un piston 43 coulissant de manière étanche dans le volume 38.
  • Le piston est poussé par un ressort 44 s'appuyant sur un redan 45 du tube 35.
  • Lorsque le disjoncteur est en position fermée, le ressort est bandé.
    • - Une pluralité d'orifices, tel que 46 met en communication les deux parties du volume 38, de part et d'autre du tube 41. Les positions des orifices 40 et 46 sont choisis pour que les orifices soient côte à côte lorsque le piston 43 est en fin de course.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le-suivant :
    • - lorsque le disjoncteur est en position fermée, le courant passe par le tube 23, les contacts 21 et le tube 31.
  • A l'ouverture du disjoncteur, figure 3, par déplacement de l'ensemble mobile, le courant est commuté sur les contacts pare-étincelles 24, 34å.
  • La buse 42 reste appliquée sur la buse 26 grâce à l'action du ressort 44.
  • Le gaz du volume 37 commence à se comprimer sous l'action du piston fixe 39, les volumes 37 et 38 étant fermés par l'application des contacts 34À sur la buse 42.
  • L'équipage mobile poursuivant sa course, figure 4, les contacts pare-étincelles se séparent et un arc A jaillit entre eux.
  • La figure 4 montre la phase de la coupure dans laquelle le piston 43 arrive en fin de course, mais où la buse 42 est encore appliquée sur la buse 26.
  • La position relative de la buse 42 et du tube pare-étincelles 34A est devenue figée et définit un orifice annulaire 50 par lequel une des racines de l'arc commence à être soufflée par le gaz comprimé par le piston 39.
  • D'autre part, le gaz de la chambre 27, comprimé sous l'effet de l'arc, se détend dès le premier passage par zéro du courant, qui produit une diminution de l'intensité d'arc. L'extrémité cylindrique 22B et la buse 26 définissent un passage annulaire 60, dont le plan est perpendiculaire à l'axe du disjoncteur et à l'orifice annulaire (50).
  • On obtient ainsi un double soufflage de l'arc, dont les directions s'appliquent aux deux extrémités ou racines de l'arc, comme le montrent les flèches F1 et F2 de la figure 4. L'arc est soufflé énergiquement et l'effet de contre-pression sur le piston est limité, de telle sorte que l'énergie nécessaire à l'ouverture est faible.
  • L'équipage mobile poursuivant sa course, figure 5, les buses 26 et 42 se séparent, ce qui dégagent une large ouverture pour les gaz qui peuvent ainsi s'échapper vers l'espace 71, ainsi que vers les espaces 17 et 18 concentriques aux contacts 22A et 34 et en communication permanente avec l'espace 71.
  • La figure 6 montre le disjoncteur à la fin de la période de coupure.
  • La large ouverture 70 permet un rapide refroidissement des gaz.

Claims (5)

1/ Disjoncteur à haute tension à soufflage d'arc du type à gaz sous-pression comportant un premier volume (27) dans lequel la pression augmente par chauffage par l'arc de coupure, le gaz de ce volume se détendant pour souffler l'arc au moment du passage par zéro du courant à couper et un second volume (37) dans lequel le gaz est comprimé par un piston (39) au début de la phase d'ouverture du disjoncteur et dirigé sur l'arc dans les phases ultérieures, le disjoncteur comportant des contacts fixes principaux (21), des contacts fixes pare-étincelles (24) des contacts mobiles principaux et des contacts mobiles pare-étincelles, l'arc s'étendant au cours de l'ouverture du disjoncteur, entre les contacts pare-étincelles, le premier volume (27) et le second volume (37) étant disposés de part et d'autre de la zone d'arc, caractérisé en ce que lesdits volumes sont annulaires et terminés par des buses (26, 42) dirigeant des jets de soufflage respectivement sur les racines de l'arc.
2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier volume (27) est délimité par un tube (22A) coaxial aux contacts fixes pare-étincelles et une buse isolante (26), le second volume étant délimité par un premier tube (36) constituant le contact principal mobile et un second tube (35) coaxial à ce dernier, un piston fixe (39) fermant ce volume à une extrémité.
3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un troisième tube (34) coaxial aux premier et second tubes (36, 35) et constituant le contact mobile pare-étincelle, délimite, avec le second tube (35), un volume annulaire (38) dans lequel un quatrième tube (41) terminé par une seconde buse isolante peut se déplacer sous l'action d'un piston (43) poussé par une extrémité d'un ressort (44) dont l'autre extrémité vient sur une butée- (45) solidaire des contacts mobiles, le troisième et le quatrième tube définissant un passage pour le gaz du second volume, ce dernier passant par des orifices (40, 46) des second et quatrième tube.
4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la séparation des deux buses isolantes (26), (42), se fait après une certaine course du tube contact (34), nécessaire pour la mise en pression du volume thermique (27).
5/ Disjoncteur selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'ouverture (60) du volume thermique est perpendiculaire à l'axe du dis- jonoteur et à l'ouverture (50) du volume de compression (37).
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