EP0466048B1 - Interrupteur des courants de défaut - Google Patents

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EP0466048B1
EP0466048B1 EP91111229A EP91111229A EP0466048B1 EP 0466048 B1 EP0466048 B1 EP 0466048B1 EP 91111229 A EP91111229 A EP 91111229A EP 91111229 A EP91111229 A EP 91111229A EP 0466048 B1 EP0466048 B1 EP 0466048B1
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EP
European Patent Office
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switching device
fault currents
currents according
contact
switching
Prior art date
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EP91111229A
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German (de)
English (en)
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EP0466048A2 (fr
EP0466048A3 (fr
Inventor
Karl Dipl. Ing. Stegmüller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schneider Electric Sachsenwerk GmbH
Original Assignee
Sachsenwerk AG
AEG Sachsenwerk GmbH
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Publication date
Application filed by Sachsenwerk AG, AEG Sachsenwerk GmbH filed Critical Sachsenwerk AG
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Publication of EP0466048A3 publication Critical patent/EP0466048A3/fr
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Definitions

  • the invention relates to a switching device according to the preamble of claim 1.
  • a known switching device of this type (US-A-3,240,901) has a housing with two connecting pieces provided at the axial ends, the housing being divided into chambers in the axial direction.
  • a vacuum interrupter in a front chamber with a stationary and a switch contact movable in the axial direction of the housing, which can be adjusted by means of an toggle lever arrangement arranged in a central housing chamber via an external actuating device.
  • the vacuum interrupter is assigned an opening spring which, when the switching contacts of the vacuum interrupter are closed, is latched in the mechanically pretensioned state in such a way that the switching contacts remain in the closed state.
  • the vacuum interrupter is also associated with a magnetic element which, depending on the current flowing through the vacuum interrupter, exerts magnetic effects on a magnet armature which is coupled to the latching of the opening spring. If a fault current that exceeds the normal operating or overcurrent occurs, the magnetic element moves the magnet armature, which releases the latching of the opening spring via a linkage and rocker arrangement, so that the switching contacts of the vacuum interrupter are opened.
  • the disadvantage here is that a special adjustment device is required on the magnet armature in order to be able to compensate for effect tolerances between the magnet element and the magnet armature, and it is a relatively complex construction volume demanding linkage and rocker arrangement necessary to transmit the triggering force occurring on the magnet armature to release the latch.
  • a switching device is also known (DE-A-1 808 730), in which a vacuum switching chamber is placed on an outer end face of a housing axially divided into chambers, from which the extension shaft of a movable switching contact projects into the housing and on the one hand with a mechanical actuator coupled and electrically connected in series with an actuating coil which is arranged coaxially to the actuating linkage of the vacuum interrupter. In the switched-on position of the switching contacts of the vacuum interrupter, the switching linkage is latched by means of a permanent magnet.
  • the actuating coil generates in a metal disk which is firmly connected to the shift linkage a force component which is opposite to the force of the latching magnet and which is greater than the holding force of the magnet.
  • the switching contacts of the vacuum interrupter are automatically opened when high fault currents occur.
  • the invention has for its object to take measures in a switching device according to the preamble of claim 1, by which a reliable release of the latch is achieved with a simple structure and without adjusting means.
  • the extension shaft of the movable switching contact is used as the primary conductor of a current transformer, the secondary coil of which directly feeds a ring coil of the magnetic release. Mechanically moved and adjustable parts for the detection of the fault current and for transmission to the magnetic release are therefore not necessary.
  • FIG. 1 A particularly advantageous embodiment of the inventive concept is shown in FIG.
  • the housing of the switching device according to the invention has a cylindrical shape and is divided into two parts inside.
  • the vacuum interrupter 1 In the upper room there is the vacuum interrupter 1, the fixed contact 1a of which is connected to the connector 2 via the conductor spiral 23. With the help of the spiral-shaped conductor 23, a magnetic field is generated which runs almost parallel to the switch axis in the open contact gap between the switching contacts 1a and 1b and thus improves the switching capacity of the vacuum interrupter in a known manner.
  • the second room is closed by the second connector 3.
  • the essential part of the first space is enveloped by the insulating tube 6, while the second part of the housing is closed off by the metal tube 7.
  • the switching chamber when the switching chamber is open, the recurring voltage at the switching contacts is present at the porcelain tube of the vacuum switching chamber 1 as well as at the ends of the insulating tube 6. Because inside the If there is a contamination-free environment for the vacuum interrupter chamber 1, the length of the ceramic tube can be significantly smaller than the length of the insulating tube 6, which can also be exposed to unfavorable environmental influences.
  • the current transformer 4 consists of a ring core 4a and a secondary coil 4b, while the shaft of the movable switching contact 1b or its extension 25 serves as the primary conductor.
  • the latter is connected to the second connection piece 3 via a sliding contact 24 and is therefore flowed through by the primary current during operation.
  • the magnetic release 5 includes an annular coil 5 and a ferromagnetic body 5b surrounding it on three sides, the lower leg of which is designed in such a way that it has a minimal air gap with respect to the magnet armature 5c movable in the vertical direction.
  • the latter is under the action of a return spring 14, which presses it into its rest position when the ring coil 5a is not energized, forming the air gap 26 in the vertical direction relative to the ferromagnetic body 5b (left side of FIG. 1).
  • the current transformer 4 and the magnetic release 5 form an annular gap with respect to the extension 25, in which in the present example the switch-off spring 9, which is supported with its upper end on the partition 8, is arranged.
  • the lower end of the switch-off spring 9 rests on the pressure piece 10b, which in turn is supported over an inclined surface by means of the clamping bodies 10a in the axial direction on the support plate 10c and in the radial direction on the armature 5c (left side of FIG. 1).
  • the lower end of the contact force spring 12 which are designed in the present example as disc springs, and whose upper end acts on the shaft of the movable switching contact 1b of the vacuum switching chamber 1 via the shoulder 21.
  • the pin 15 attached in the extension 25 ensures that the two switching contacts 1a and 1b in the switched-off state do not exceed the stroke h.
  • the pin 15 interacts either with the lower surface of the pressure piece 10b or, as drawn in FIG. 1, with a groove 30 machined into the pressure piece (right side of FIG. 1).
  • At the lower connection piece 3 there is a screw spindle 18, with the aid of which the vacuum interrupter 1 can be switched on again after each power interruption and the opening spring 9 can be tensioned until it is latched.
  • the switching device according to the invention is only ready for switching after the screw spindle 18 has been turned back into the starting position, namely when the required distance between the lower surface of the pressure piece 10b and the upper edge of the screw spindle 18 has been established. In order to enable easy assembly of the switching device according to the invention, it is advisable to screw the lower connecting piece 3 into the metal tube 7.
  • a spiral conductor 23 for generating an axial magnetic field can be dispensed with. No additional external energy source is required for the secondary circuit. Rather, the secondary winding 4b of the current transformer 4 is connected directly in series with the ring coil 5a.
  • the end face 25a can either be provided with a display device for the disconnection that has taken place, or with a mechanism with the aid of which an assigned disconnector moves into the disconnected position becomes. This can be done by means of a mechanical linkage to the switch-off energy store of the disconnector or via an auxiliary contact which triggers the switch-off energy store by an electrical pulse.
  • the screw spindle 18 can be designed such that, in addition to its function as a switch-on mechanism for the vacuum switching chamber 1, it also serves as a stop for the pressure piece 10b during each switch-off process.
  • connection surfaces 2a and 3a which can be used as an adapter for the terminal contacts of HV fuses.
  • connection surfaces can also be used in the same way.
  • the switching device for example, a ring cable switchgear according to FIG. 2 with two cable connections in the lower part of the encapsulation and with a transformer branch in the upper part, in which the residual current protection is integrated into the encapsulation, without using a complete functional circuit breaker got to. Since the switching device according to the invention is a self-sufficient unit which does not require any external energy and in which no replacement of components is required after the fault current has been interrupted, it can be fully incorporated into the encapsulated switching insert. In this case, the same high level of insulation applies to them as for all other equipment installed in the switchgear.
  • the ring cable switchgear system according to FIG. 2 has two three-position switches 32 in its lower part, with which the ring cable can be connected to the busbar 37 or with which each individual cable can be disconnected or grounded.
  • the busbar 37 is connected at the top to a further three-position switch 32, to the switching contacts of which the switching device according to the invention is connected to interrupt fault currents.
  • This switching device is constructed via two clamping contacts 35 and associated insulators on the encapsulation 31; the switching device is oriented so that the second connector 3 faces one of the walls of the encapsulation.
  • the screw spindle 18, not shown, is extended by the insulating shaft 19, which is guided gas-tight to the outside of the switchgear. With your help, either by hand or with a motor drive 34 after the fault current has been interrupted, the switching device 33 can be switched on again or the switch-off spring 9 can be tensioned and latched.
  • the switching device according to the invention is a single-phase switching device.
  • the end face 25 a (not shown) (see FIG. 1) of the switching device 33 according to the invention can be connected to the associated three-position switch 32 with a linkage 36 in order to generate a disconnection of the branch after a fault current interruption.
  • this three-position switch should also be equipped with single-phase actuation.
  • FIG. 3 shows how the connection between the three single-phase switching devices 33 and a three-phase switch-disconnector 32a takes place by means of an electrical control, and how fault current interruptions do not occur in one phase must lead to the disconnection of the load break switch 32a, but only a two- or three-phase fault current interruptions leads to the final disconnection of the circuit.
  • Each movable switch contact 1b of the switching device 33 is connected to a two-pole auxiliary switch 39 arranged outside the encapsulation 31.
  • the auxiliary switches 39 of all three phases are connected to one another in such a way that an auxiliary contact of two phases is connected in series with one another and is connected to the shunt release of the energy store 38.
  • the energy store can be switched off arbitrarily both via the button 41 and the energy source 40 and, in the event of a fault, via the auxiliary switch 39.
  • the connecting lines between the auxiliary switches 39 of the individual phases are switched such that the shunt release of the energy store 38 is only live when the vacuum interrupters 1 have been interrupted in two phases. In the case of a single-phase interruption, only one contact auxiliary switch is closed, so that there is no control voltage at the energy store.
  • the switching device according to the invention according to FIG. 1 can also be used very advantageously in air-insulated switchgear.
  • the housing is designed and sealed so that corrosive influences from the environment cannot penetrate into the interior of the switching device.
  • the length of the insulating tube 6 is also adapted to the harsher environmental influences.
  • a capacitance 28 preferably parallel to the ring coil 5a of the magnetic release 5 according to FIG.
  • the capacitance can be designed according to FIG. 5 as a cylindrical capacitor 28 a.
  • the cylindrical capacitor 28 a is advantageously arranged in a gap between the secondary winding 4 b of the current transformer 4 and the metal tube 7 of the housing.
  • the two pads are connected according to the circuit diagram of Figure 4 with the outputs of the secondary winding 4 b and the toroidal coil 5a.
  • a plate capacitor 28 b can also be used as a capacitance for influencing the switch-off time for the switching device.
  • This plate capacitor 28 can advantageously be arranged between the current transformer 4 and the magnetic release 5.
  • the connection is made according to the circuit diagram in FIG. 4.
  • openings b 42 are provided in the ferromagnetic body 5 b, through which the electrical connections to the capacitors or to the secondary coil 4 a of the current transformer 4 are made.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Claims (27)

  1. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut, de préférence pour des dérivations de transformateur, dans des installations de distribution à moyenne tension, comprenant un coffret (6, 7) qui est muni de deux raccords (2, 3) et dans lequel sont logés une chambre de commande sous vide (1), activée au moins par un accumulateur d'énergie équipé d'un ressort de coupure (9), appropriée pour l'exécution de coupures répétées et équipée d'un contact de commande fixe et mobile (1a, 1b), et un dispositif déclencheur qui n'intervient qu'à l'apparition d'un courant de défaut au moyen d'un encliquetage amovible (10) du ressort de coupure (9) à l'aide d'un déclencheur électromagnétique (5) et, ce, par l'intermédiaire d'une armature d'aimant (5c), caractérisé en ce qu'une tige de rallonge (25) du contact de commande mobile (1b) constitue le conducteur primaire d'un convertisseur de courant (4) muni d'une bobine secondaire (4b), en ce que le déclencheur magnétique (5) présente une bobine annulaire (5a) pour le déclenchement de l'encliquetage (10) et en ce que la bobine secondaire (4b) du convertisseur de courant (4) alimente la bobine annulaire (5a) du déclencheur magnétique (5).
  2. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coffret contient, dans une première enceinte, la chambre de commande sous vide (1) et des moyens pour la connexion de son contact de commande fixe (1a) au premier raccord (2) et en ce que le contact de commande mobile (1b) traverse, par une tige ou éventuellement une rallonge (25), une cloison (8) en direction d'une seconde enceinte dans laquelle sont incorporés le restant des moyens de fonctionnement (4, 5, 9, 10) et une une connexion coulissante par contact (24) entre la tige du contact mobile (1b) ou éventuellement la rallonge (25) et la seconde pièce de raccordement (3).
  3. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coffret présente une forme cylindrique dans laquelle sont montés, de manière coaxiale, la chambre de commande sous vide (1) et le reste des moyens de fonctionnement (4, 5, 9, 10), en ce que la surface d'enveloppe de la première enceinte est constituée par un tube isolant (6), fermé sur la face avant, par la première pièce de raccordement (2) et en ce qu'un tube métallique (7) qui est fermé par la cloison (8) vis-à-vis de la première enceinte et dans la face avant duquel est insérée la première pièce de raccordement (3), constitue la surface d'enveloppe de la seconde enceinte.
  4. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que dans la seconde enceinte du coffret, en partant de la cloison (8), sont incorporés le convertisseur de courant (4) se composant d'un enroulement secondaire (4b) et d'un noyau annulaire (4a) entourant la tige du contact de commande mobile (1b) ou éventuellement sa rallonge (25), le déclencheur magnétique (5) se composant d'une bobine annulaire (5a), d'un corps ferromagnétique (5b) englobant cette dernière à l'exception d'un entrefer (26) pour une armature magnétique coulissante (5c) ainsi que l'encliquetage (10) du ressort de coupure (9).
  5. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 4, caractérisé en ce que le convertisseur de courant (4) et le déclencheur magnétique (5) forment, vis-à-vis de la tige du contact de commande mobile (1b) ou éventuellement de sa rallonge (25), une fente annulaire pour le logement du ressort de coupure (9) prenant appui contre la cloison (8) et une pièce de pression (10b) de l'encliquetage (10).
  6. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans la position de service de la chambre de commande sous vide (1), la pièce de pression (10b) agit, par l'intermédiaire d'une surface inclinée, sur des corps de serrage (10a) disposés à la périphérie de sorte que ces derniers prennent appui, avec une composante axiale, sur une plaque d'appui (10c) et, avec une composante radiale, contre la face interne de l'armature d'aimant (5c).
  7. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 6, caractérisé en ce que la bobine annulaire (5a), subissant un courant de défaut, attire l'armature d'aimant (5c) dans l'entrefer (26) ce qui entraîne le déplacement vers l'extérieur des corps de serrage (10a) sous l'action de la composante radiale du ressort de coupure (9) en supprimant le blocage exercé par la pièce de pression (10b), libérant ainsi le mouvement de coupure du contact mobile (1b).
  8. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que l'armature d'aimant (5c) présente une surface avant inclinée (29) qui amène et les y maintient, après la tension du ressort de coupure (9) sous l'action d'un ressort de rappel (14), les corps de serrage (10a) dans leur position de blocage.
  9. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 2 ou l'une des suivantes, caractérisé en ce que dans la tige du contact mobile de commande (1b) ou éventuellement dans sa rallonge (25), est insérée une pointe (15) sur laquelle la pièce de pression (10b) transfère la force du ressort de coupure (9) pendant l'ouverture de la chambre de commande sous vide (1).
  10. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 9 ou l'une des précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu, entre un talon (21) ménagé sur la tige du contact mobile de commande (1b) et la pièce de pression (10b), éventuellement en intercalant un tube (11), un ressort de force de contact (12) qui prend appui contre la pointe (15), quand la chambre de commande sous vide (1) est déconnectée.
  11. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort de coupure (9) peut être tendu par l'intermédiaire d'une broche filetée (18) logée dans le fond de la seconde pièce de raccordement (3).
  12. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 11, caractérisé en ce que la broche filetée (18) est actionnable par l'intermédiaire d'un arbre isolant (19) depuis un blindage externe (31) de l'installation de distribution.
  13. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'un entraînement motorisé (34) est prévu pour tendre le ressort de coupure (9) et pour la mise en service de la chambre de commande sous vide (1), entraînement qui, après élimination d'une panne, est équipé de moyens pour le fonctionnement automatique qui comprennent le retour automatique de la broche filetée (18) après exécution du mouvement de connexion.
  14. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 1 ou l'une des suivantes, caractérisé en ce que les pièces de raccordement (2, 3) présentent des adaptateurs (2a, 3a) pour le logement du dispositif de commande dans des contacts de serrage (35) prévus pour des fusibles à haute puissance.
  15. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour la connexion coulissante par contact, il est prévu un contact glissant (24) dont les éléments sont guidés le long de la pièce de raccordement (3).
  16. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 1 ou l'une des suivantes, caractérisé en ce qu'entre la première pièce de raccordement (2) et le contact de commande fixe (1a), il est prévu un conducteur en forme de bobine pour la génération d'un champ magnétique axial pour le trajet de contact de la chambre de commande sous vide (1).
  17. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 16, caractérisé en ce que le conducteur (23) est enroulé en forme de spirale et est relié, par son extrémité externe, à la première pièce de raccordement (2) et, par son extrémité interne, au contact fixe de commande (1a) et, ce, de manière conductrice.
  18. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 17, caractérisé en ce que la tige du contact de commande fixe (1a) est maintenue au moyen d'une connexion à vis (27) logée de manière isolante dans la première pièce de raccordement (2).
  19. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la tige du contact de commande fixe (1a) est raccordée à la face interne de la première pièce de raccordement (2) au moyen d'une connexion vissée.
  20. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (4b) du convertisseur de courant (4) et la bobine annulaire (5a) du déclencheur magnétique (5) sont montés en série.
  21. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bobine annulaire (5a) du déclencheur magnétique et une capacité (28) sont montées en série avec l'enroulement secondaire (4b) du convertisseur de courant et de préférence en parallèle à ce dernier.
  22. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 21, caractérisé en ce que la capacité sert de condensateur enroulé (28a) et est disposée autour de l'enroulement (4b) du convertisseur de courant (4).
  23. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 21, caractérisé en ce que la capacité sert de condensateur en plaque (28b) et est disposée entre le convertisseur de courant (4) et le déclencheur magnétique (5).
  24. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 1 ou l'une des suivantes, caractérisé par des moyens avec lesquels le mouvement de coupure du contact de commande mobile (1b) ou de sa rallonge (25) peut être transmis pour la séparation d'un interrupteur à coupure en charge ou d'un sectionneur associé (32a).
  25. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'extrémité (25a), sortant du coffret, agit, par l'intermédiaire d'un système de tiges (36), sur l'accumulateur d'énergie (38) de l'interrupteur de coupure en charge ou du sectionneur (32a) et en provoque le sectionnement par l'intermédiaire de la chambre de commande sous vide (1) après une interruption des courants de défaut.
  26. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 24, caractérisé en ce que les extrémités (25a), sortant du coffret, agissent sur des contacts auxiliaires (39) qui sont disposés de préférnce à l'extérieur du blindage (31) et qui font impact, après une interruption des courants de défaut, sur un déclencheur de courant de travail dans l'accumulateur d'énergie (38) de l'interrupteur de coupure en charge ou du sectionneur (32a).
  27. Dispositif de commande pour l'interruption de courants de défaut selon la revendication 26, caractérisé en ce que les dispositifs de commande (33) coopèrent respectivement avec deux contacts auxiliaires (39) et en ce que chaque contact auxiliaire de deux phases différentes est monté en série l'un avec l'autre et avec le déclencheur de courant de travail de l'accumulateur d'énergie (38).
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