EP0785562A1 - Disjoncteur à double mouvement des contacts - Google Patents

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EP0785562A1
EP0785562A1 EP97400084A EP97400084A EP0785562A1 EP 0785562 A1 EP0785562 A1 EP 0785562A1 EP 97400084 A EP97400084 A EP 97400084A EP 97400084 A EP97400084 A EP 97400084A EP 0785562 A1 EP0785562 A1 EP 0785562A1
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EP
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tube
piston
contacts
semi
mobile
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Michel Perret
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GEC Alsthom T&D SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—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
    • H01H33/90—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
    • H01H33/904—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 characterised by the transmission between operating mechanism and piston or movable contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H2033/028—Details the cooperating contacts being both actuated simultaneously in opposite directions

Definitions

  • the present invention relates to a high voltage circuit breaker with double movement of the contacts.
  • An object of the present invention is to design a circuit breaker with double movement of the contacts not comprising crankshaft, so that the internal diameter of the breaking chamber is reduced as much as possible.
  • Another object of the invention is to provide a circuit breaker with double movement of the contacts, in which the operating energy, upon opening, is as reduced as possible.
  • circuit breaker of the invention which relates to a high voltage circuit breaker with double movement of the contacts, comprising, for each pole, an insulating envelope filled with insulating gas and containing a mobile assembly comprising permanent contacts , arcing contacts, and a blowing cylinder cooperating with a fixed blowing piston, and a semi-mobile assembly comprising permanent contacts and arcing contacts, characterized in that the movement of the semi-mobile assembly is obtained by a vacuum system comprising a vacuum cylinder inside which can move a first piston secured to the mobile assembly and a second piston connected to the semi-mobile assembly.
  • the vacuum cylinder is constituted by a fixed cylindrical portion arranged coaxially and around a tube constituting the semi-mobile permanent contact.
  • the second piston comprises a tubular rod internally containing at least one rack element cooperating with at least one fixed pinion itself cooperating with a rack element fixed internally to said tube constituting the semi-mobile permanent contact.
  • the second piston comprises a rod integral with said tube constituting the semi-movable permanent contact and provided at its end with a shoulder serving to support a first end of a spring whose second end comes in support on a stop integral with said cylindrical portion forming with said tube said vacuum cylinder.
  • circuit breakers of the open type that is to say intended to be placed outdoors.
  • These circuit breakers have a ceramic or synthetic material casing.
  • circuit breakers of the type with a metal shell to the ground also known under the terminology of shielded circuit breakers.
  • the reference 1 designates an envelope, partially shown, for example made of ceramic. This envelope is sealed and closed by metal flanges not shown and carrying sockets not shown.
  • the envelope is filled with an insulating gas, for example sulfur hexafluoride SF6, under a pressure of a few bars.
  • the set of semi-mobile contacts includes a contact for the passage of permanent current, consisting of a metal tube 2; this tube is guided in a bore of a fixed metal part 3 electrically connected to the first socket not shown.
  • Sliding contacts 4 for example of the "accordion" type, ensure the passage of current between the part 3 and the tube 2.
  • the tube 2 is integral with a tube 6, disposed internally and coaxially with the tube 2, and constituting the arcing contact of the set of semi-mobile contacts.
  • the tube 2 and the tube 6 constitute a single piece from the foundry and are connected by a ring 7 provided with holes 7A for the passage of gas.
  • the end of the tube 6 is provided with a tip 6A made of an alloy resistant to the effects of the electric arc.
  • the movable assembly comprises a tube 9 extended at one end by a ring of contact fingers 10; the tube 9 slides in a bore of a fixed metal part 12 electrically connected to the second outlet not shown.
  • Sliding contacts 14, for example of the "accordion" type, ensure the passage of current between the part 12 and the tube 9.
  • the tube 9 is integral with a tube 16, disposed internally and coaxially with the tube 9, and constituting the arcing contact of the set of movable contacts.
  • the tube 9 and the tube 16 are connected by a ring 17 provided with holes 17A for the passage of gas.
  • the end of the tube 16 is provided with a tip 16A made of an alloy resistant to the effects of the electric arc.
  • the tube 16 passes through a fixed blowing piston 18, of annular section, placed in the movable cylinder of annular section constituted by the tubes 9 and 16.
  • the tubes 9 and 16, the piston 18 and the crown 17 define a blowing volume; the compressed gas during a tripping operation is pushed towards the end of the movable arcing contact 16A and passes through a blowing nozzle 20 made of insulating material.
  • the tube 16 is connected to the end of an operating rod (not shown) actuated by a control (not shown).
  • pistons 23 and 26 are provided with seals, not referenced, to create a seal with the cylinder in which they slide.
  • Interlocking is achieved by moving the moving assembly, under the action of the control, to the left of the figures. It is possible to provide, in the piston 26, a unidirectional valve 26A which makes it possible to avoid an overpressure in the volume comprised between the pistons 23 and 26.
  • the system performing the double movement which has just been described is economical, can be placed on existing circuit breakers and occupies a small volume since its diameter does not exceed that of the metal parts 3 and 12.
  • Figs. 4 to 6 relate to an alternative embodiment in which the movement of the movable assembly in the opposite direction to that of the movable assembly only occurs after a phase of compression of the blowing gas; this precompression of the gas ensures an increase in the breaking capacity of the circuit breaker.
  • the elements common to Figs. 1 to 3 and in Figs. 4 to 6 received the same reference numbers.
  • the piston rod 26 is modified.
  • This rod, referenced 40 is a tubular portion secured to the tube 2 and includes a terminal shoulder 40A.
  • a first end of a spring 42 bears against the shoulder 40A; the second end of the spring 42 comes to bear against an annular stop 43 bearing on the cylinder 21.
  • the stop 43 is provided with holes 43A for the passage of gas.
  • the device described in this variant has the same advantages as that described above.
  • the precompression of the gas before contact separation promotes the breaking of the current, in particular of the capacitive currents.
  • the invention applies to high-voltage circuit breakers, of the open type or of the type with a metal shell to the ground.

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  • Circuit Breakers (AREA)
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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts, comprenant, pour chaque pôle, une enveloppe isolante (1) remplie de gaz d'isolement et contenant un ensemble mobile comprenant des contacts permanents (10), des contacts d'arc (16A), et un cylindre de soufflage (9-16) coopérant avec un piston de soufflage fixe (18), et un ensemble semi-mobile comprenant des contacts permanents (2) et des contacts d'arc (6A), caractérisé en ce que le mouvement de l'ensemble semi-mobile est obtenu par un système à dépression comprenant un cylindre de dépression (2-21) à l'intérieur duquel peuvent se déplacer un premier piston (23) solidaire de l'ensemble mobile et un second piston (26) relié à l'ensemble semi-mobile. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts.
  • on connaît, notamment par la demande de brevet français n°94 000764, un disjoncteur à double mouvement des contacts, c'est-à-dire un disjoncteur dans lequel le contact, habituellement fixe, est rendu semi-mobile et effectue, lors d'une opération de déclenchement, un déplacement en sens inverse de celui du contact mobile. Une augmentation relative de la vitesse de séparation des contacts est ainsi obtenue, ce qui permet, à dimensions égales, de réaliser un disjoncteur ayant un pouvoir de coupure accru.
  • Un but de la présente invention est de concevoir un disjoncteur à double mouvement des contacts ne comportant pas d'embiellage, de sorte que le diamètre intérieur de la chambre de coupure soit réduit le plus possible.
  • Un autre but de l'invention est de réaliser un disjoncteur à double mouvement des contacts, dans lequel l'énergie de manoeuvre, à l'ouverture, est aussi réduite que possible.
  • Ces buts sonts atteints par le disjoncteur de l'invention qui a pour objet un disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts, comprenant, pour chaque pôle, une enveloppe isolante remplie de gaz d'isolement et contenant un ensemble mobile comprenant des contacts permanents, des contacts d'arc, et un cylindre de soufflage coopérant avec un piston de soufflage fixe, et un ensemble semi-mobile comprenant des contacts permanents et des contacts d'arc, caractérisé en ce que le mouvement de l'ensemble semi-mobile est obtenu par un système à dépression comprenant un cylindre de dépression à l'intérieur duquel peuvent se déplacer un premier piston solidaire de l'ensemble mobile et un second piston relié à l'ensemble semi-mobile.
  • Avantageusement, le cylindre de dépression est constitué par une portion cylindrique fixe disposée coaxialement et autour d'un tube constituant le contact permanent semi-mobile.
  • Dans un premier mode de réalisation, le second piston comporte une tige tubulaire contenant intérieurement au moins un élément de crémaillère coopérant avec au moins un pignon fixe lui-même coopérant avec un élément de crémaillère fixé intérieurement audit tube constituant le contact permanent semi-mobile.
  • Dans un second mode de réalisation, le second piston comprend une tige solidaire dudit tube constituant le contact permanent semi-mobile et munie à son extrémité d'un épaulement servant d'appui à une première extrémité d'un ressort dont la seconde extrémité vient en appui sur une butée solidaire de ladite portion cylindrique formant avec ledit tube ledit cylindre à dépression.
  • L'invention sera bien comprise à la lecture de la description de deux modes de mise en oeuvre de l'invention; on se reportera au dessin dans lequel:
    • la Fig. 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un pôle de disjoncteur, dans un premier mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée,
    • la Fig. 2 est une vue partielle en coupe axiale du même pôle, représentée en cours de déclenchement,
    • la Fig.3 est une vue partielle en coupe axiale du même pôle, représentée en fin de déclenchement,
    • la Fig. 4 est une vue partielle en coupe axiale d'un pôle de disjoncteur, dans un second mode de réalisation de l'invention, représenté en position enclenchée,
    • la Fig. 5 est une vue partielle en coupe axiale du même pôle, représentée en cours de déclenchement,
    • la Fig.6 est une vue partielle en coupe axiale du même pôle, représentée en fin de déclenchement.
  • Les exemples décrits ci-après concernent des disjoncteurs de type ouvert, c'est-à-dire destinés à être placés en plein air. Ces disjoncteurs comportent une enveloppe en céramique ou en matériau synthétique.
  • Mais il faut comprendre que l'invention s'applique également aux disjoncteurs du type à enveloppe métallique à la terre, connus également sous la terminologie de disjoncteurs blindés.
  • Dans la Fig.1, la référence 1 désigne une enveloppe, représentée partiellement, par exemple en céramique. Cette enveloppe est étanche et fermée par des flasques métalliques non représentés et portant des prises de courant non représentées. L'enveloppe est remplie d'un gaz d'isolement, par exemple de l'hexafluorure de soufre SF6, sous un pressions de quelques bars.
  • A l'intérieur de l'enveloppe se trouvent les éléments nécessaires à la coupure du courant et qui comprennent, comme il est connu pour un disjoncteur à double mouvement des contacts, un ensemble de contacts mobiles et un ensemble de contacts semi-mobiles.
  • L'ensemble des contacts semi-mobiles comprend un contact pour le passage du courant permanent, constitué d'un tube métallique 2; ce tube est guidé dans un alésage d'une pièce métallique fixe 3 reliée électriquement à la première prise de courant non représentée. Des contacts glissants 4, par exemple de type "accordéon", assurent le passage du courant entre la pièce 3 et le tube 2.
  • Le tube 2 est solidaire d'un tube 6, disposé intérieurement et coaxialement au tube 2, et constituant le contact d'arc de l'ensemble de contacts semi-mobiles. Le tube 2 et le tube 6 constituent une même pièce venue de fonderie et sont reliés par une couronne 7 munis de perçages 7A pour le passage du gaz. L'extrémité du tube 6 est munie d'un embout 6A réalisé en un alliage résistants aux effets de l'arc électrique.
  • L'ensemble mobile comprend un tube 9 prolongé à une extrémité par une couronne de doigts de contact 10; le tube 9 glisse dans un alésage d'une pièce métallique fixe 12 reliée électriquement à la seconde prise de courant non représentée. Des contacts glissants 14, par exemple de type "accordéon", assurent le passage du courant entre la pièce 12 et le tube 9.
  • Le tube 9 est solidaire d'un tube 16, disposé intérieurement et coaxialement au tube 9, et constituant le contact d'arc de l'ensemble de contacts mobiles. Le tube 9 et le tube 16 sont reliés par une couronne 17 munie de perçages 17A pour le passage du gaz. L'extrémité du tube 16 est munie d'un embout 16A réalisé en un alliage résistant aux effets de l'arc électrique.
  • Le tube 16 traverse un piston de soufflage fixe 18, de section annulaire, placé dans le cylindre mobile de section annulaire constitué par les tubes 9 et 16. Les tubes 9 et 16, le piston 18 et la couronne 17 définissent un volume de soufflage; le gaz comprimé lors d'une opération de déclenchement, est poussé vers l'extrémité du contact mobile d'arc 16A et traverse une buse de soufflage 20 en matériau isolant.
  • Le tube 16 est relié à l'extrémité d'une tige de manoeuvre non représentée actionnée par une commande non représentée.
  • Le dispositif d'actionnement de l'ensemble semi mobile est constitué d'un ensemble à dépression comprenant les éléments suivants:
    • un cylindre fixe, de section annulaire, constitué par une partie du tube 2 et un tube fixe 21, extérieur et coaxial au tube 2,
    • un premier piston 23, en matériau isolant, de section annulaire pour coulisser dans le cylindre précité, et relié au tube 9 par un poussoir isolant 25. Le poussoir est tubulaire ou constitué de plusieurs bras parallèles.
    • un second piston 26, de section annulaire pour coulisser dans le cylindre précité formé des tubes 2 et 21; le second piston porte une tige constituée d'une portion tubulaire 27 portant intérieurement plusieurs éléments d'une crémaillère; de préférence, comme il est montré dans les figures, la portion tubulaire porte deux éléments de crémaillère référencés 28 et 28A et disposés à 180 degrés l'une de l'autre,
    • plusieurs éléments de crémaillère, portés extérieurement par le tube 2, en regard des éléments de crémaillère de la portion tubulaire 27 ; dans l'exemple décrit, le tube 2 porte deux éléments de crémaillère 29 et 29A,
    • plusieurs pignons 30 coopérant avec les éléments de crémaillère précités, (dans l'exemple décrit 2 pignons) et disposés à l'extrémité de bras fixés à la pièce métallique fixe 3 (dans l'exemple représenté, il y a deux bras 32 et 33).
  • On note que les pistons 23 et 26 sont munis de joints, non référencés, pour créer une étanchéité avec le cylindre dans lequel ils coulissent.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
    • en position enclenchée (Fig.1), le courant permanent passe d'une prise à l'autre en traversant successivement le bloc métallique 3, les contacts 4, le tube 2, les doigts de contact 10, le tube 9, les contacts glissants 14 et le bloc métallique 12. Les dimensions du poussoir 25 et de la portion tubulaire 27 sont choisis pour que dans la position enclenchée, les pistons 23 et 26 soient jointifs.
    • lors d'un déclenchement (Fig.2), l'équipage mobile est tiré vers la droite des figures et les contacts permanents, puis les contact d'arc se séparent. Pendant ce déplacement, le piston 23 se déplace avec l'équipage mobile puisque le poussoir 25 est solidaire de ce dernier; il en est de même du piston 26, en raison de la dépression qui se crée dans le volume compris entre les pistons 23 et 26. Le mouvement du piston 26 et donc des crémaillères 28 et 28A provoque la rotation des pignons 30 et 31 qui a leur tour entraînent les crémaillères 29 et 29A. Il résulte de ce qui précède que, pendant une opération de déclenchement, l'équipage semi-mobile se déplace en sens inverse de celui d'équipage fixe et avec une vitesse de module égal.
    • en fin de déclenchement (Fig.3), le piston 23 quitte le cylindre 2-21 dans lequel il coulisse; l'isolement est assuré par l'épaisseur de gaz qui se trouve entre les pistons 23 et 26. en fin de déclenchement.
  • L'enclenchement est réalisé par déplacement de l'équipage mobile, sous l'action de la commande, vers la gauche des figures. Il est possible de prévoir, dans le piston 26, un clapet unidirectionnel 26A qui permet d'éviter une surpression dans le volume compris entre les pistons 23 et 26.
  • Le système réalisant le double mouvement qui vient d'être décrit est économique, peut être placé sur des disjoncteurs existants et occupe un faible volume puisqu'il son diamètre n'excède pas celui des pièces métalliques 3 et 12.
  • Par ailleurs, sa masse, plus faible que celle des embiellages classiques, permet de réduire l'énergie de manoeuvre du disjoncteur.
  • Les Fig. 4 à 6 concernent une variante de réalisation dans laquelle le mouvement de l'ensemble mobile en sens inverse de celui de l'équipage mobile n'intervient qu'après une phase de compression du gaz de soufflage; cette précompression du gaz assure une augmentation du pouvoir de coupure du disjoncteur. Les éléments communs aux Fig. 1 à 3 et aux Fig. 4 à 6 ont reçu les mêmes numéros de référence.
  • Dans cette variante, les crémaillères et pignons sont supprimés.
  • La tige du piston 26 est modifiée. Cette tige, référencée 40, est une portion tubulaire solidarisée au tube 2 et comprend un épaulement terminal 40A. Une première extrémité d'un ressort 42 vient en appui contre l'épaulement 40A; la seconde extrémité du ressort 42 vient en appui contre une butée annulaire 43 en appui sur le cylindre 21. La butée 43 est munie de trous 43A pour le passage du gaz.
  • Le fonctionnement du disjoncteur est le suivant:
    • en position enclenchée, le piston 26 est en position contre le piston 23, lui-même en appui contre la butée 43.
    • au déclenchement (Fig.5) le déplacement, vers la droite des figures, de l'ensemble mobile, provoque le déplacement dans le même sens du piston 23; la dépression dans le cylindre 2-21 provoque l'entraînement du piston 26, et avec lui de tout l'ensemble semi-mobile, dans le même sens que l'ensemble mobile; le déplacement du piston 26 a également pour effet de comprimer le ressort 42;
    • après une course déterminée par la longueur du cylindre 21, le piston 23 quitte ce cylindre; la dépression disparaît et le ressort 42 se détend brusquement, entraînant l'ensemble semi-mobile dans le sens opposé à celui de l'ensemble mobile; les contacts se séparent et l'arc est soufflé par le gaz de soufflage à travers la buse.
    • en fin de déclenchement, le disjoncteur est dans la configuration de la Fig.6; l'équipage semi-mobile, sous l'isolement entre l'ensemble semi-mobile et l'ensemble mobile étant assuré par une épaisseur de gaz.
  • Le dispositif décrit dans cette variante présente les mêmes avantages que celui décrit précédemment. La précompression du gaz avant séparation des contacts favorise la coupure du courant, en particulier des courants capacitifs.
  • L'invention s'applique aux disjoncteurs à haute tension, de type ouvert ou de type à enveloppe métallique à la terre.

Claims (4)

  1. Disjoncteur à haute tension à double mouvement des contacts, comprenant, pour chaque pôle, une enveloppe isolante (1) remplie de gaz d'isolement et contenant un ensemble mobile comprenant des contacts permanents (10), des contacts d'arc (16A), et un cylindre de soufflage (9-16) coopérant avec un piston de soufflage fixe (18), et un ensemble semi-mobile comprenant des contacts permanents (2) et des contacts d'arc (6A), caractérisé en ce que le mouvement de l'ensemble semi-mobile est obtenu par un système à dépression comprenant un cylindre de dépression (2-21) à l'intérieur duquel peuvent se déplacer un premier piston (23) solidaire de l'ensemble mobile et un second piston (26) relié à l'ensemble semi-mobile.
  2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre de dépression est constitué par une portion cylindrique fixe (21) disposée coaxialement et autour d'un tube (2) constituant le contact permanent semi-mobile.
  3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second piston (26) comporte une tige tubulaire (27) contenant intérieurement au moins un élément (28, 28A) de crémaillère coopérant avec au moins un pignon fixe (30, 31) lui-même coopérant avec un élément de crémaillère (29, 29A) fixé intérieurement audit tube (2) constituant le contact permanent semi-mobile.
  4. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second piston (26) comprend une tige (40) solidaire dudit tube (2) constituant le contact permanent semi-mobile et munie à son extrémité d'un épaulement (40A) servant d'appui à une première extrémité d'un ressort (42) dont la seconde extrémité vient en appui sur une butée (43) solidaire de ladite portion cylindrique (21) formant avec ledit tube (2) ledit cylindre à dépression.
EP97400084A 1996-01-22 1997-01-16 Disjoncteur à double mouvement des contacts Expired - Lifetime EP0785562B1 (fr)

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