EP0647955B1 - High voltage circuit breaker capable of interrupting fault currents with delayed zero-crossings - Google Patents
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Definitions
- the moving part includes a metal tube 4 extended by a corona hood 5 and provided with a transverse metal partition 8 carrying fingers contact 6 constituting the movable main contact and a tube blowing 7 extended by contact fingers 8 constituting the movable arcing contact.
- Partition 8 is drilled holes for the blowing gas passage and carries a blowing nozzle 9 made of insulating material.
- the blowing is provided by a fixed piston 11 disposed inside the tube 4. This tube 4 is connected to a second socket.
- the movement of the moving part is defined on the graphs shown in Figures 3 and 4.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défauts à passage par zéro retardé.The present invention relates to a circuit breaker with high voltage capable of breaking fault currents at delayed zero crossing.
Elle concerne plus précisément un disjoncteur à haute tension capable de couper des courants de défaut alternatifs de pseudo-période T et à passage par zéro retardé, passant par zéro après un laps de temps maximal tzmax-t0 après l'instant t0 d'apparition du défaut, ce laps de temps tzmax-t0 étant déterminé par simulations ou par essais, comprenant une pluralité de chambres de coupure en série équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc conçu pour fonctionner entre l'instant t1 et un instant tc antérieur à tzmax-T.It relates more precisely to a high circuit breaker voltage capable of breaking alternating fault currents of pseudo-period T and delayed zero crossing, passing by zero after a maximum time tzmax-t0 after the instant t0 of appearance of the fault, this time period tzmax-t0 being determined by simulations or tests, including a plurality of series interrupting chambers equipped with means for opening at an instant t1 subsequent to the instant defect t0 and arc blowing means designed to operate between time t1 and time tc prior to tzmax-T.
La coupure des courants à grande composante continue ou à passage par zéro retardé, que l'on rencontre par exemple dans les réseaux alternatifs à haute tension à compensation série, lors de l'apparition de certains types de défaut, pose de gros problèmes. La présence de la composante continue peut entraíner le non passage par zéro du courant pendant plusieurs pseudo-périodes. Il est alors impossible de couper le courant à l'aide de disjoncteurs classiques à hexafluorure de soufre.The breaking of currents with a large DC component or delayed zero crossing, which is encountered by example in high voltage alternative networks with series compensation, when certain types appear default, poses big problems. The presence of the DC component can cause non-zero crossing of current for several pseudo-periods. So he is impossible to cut the current using circuit breakers sulfur hexafluoride classics.
Il est bien connu pour remédier à ces problèmes d'augmenter la tension d'arc par des moyens convenables. Une tension d'arc élevée permet en effet d'absorber l'énergie de la composante continue du courant et de la faire tendre par zéro.It is well known to remedy these problems increase the arc voltage by suitable means. A high arc voltage in fact absorbs the energy of the continuous component of the current and to make it tend by zero.
Dans ce but il a été proposé d'utiliser une chambre de coupure munie de moyens pour créer plusieurs arcs en série dans le document de brevet français n°2 681 724.For this purpose it has been proposed to use a cut-out provided with means for creating several arcs in series in French patent document No. 2,681,724.
Il a également été proposé d'utiliser une chambre de coupure à fusibles permanents en série avec une chambre de coupure haute tension classique dans le document de brevet français n°2 678 770. La fusion des fusibles lors d'une opération de déclenchement sur défaut produit une très forte tension d'arc qui fait décroítre très rapidement la composante continue du courant de défaut.It has also been proposed to use a permanent fuse cut-out in series with a conventional high voltage cut-off in the patent document French n ° 2 678 770. The fusing of fuses during a fault trip operation produces a very strong arc voltage which very rapidly decreases the DC component of the fault current.
Il est connu également d'absorber l'énergie du réseau due à la composante continue en insérant temporairement une résistance sur le circuit. Une résistance convenable permet en effet de faire tendre vers zéro en un temps relativement court cette composante continue. Un tel agencement est décrit dans le document de brevet français n°2 683 937.It is also known to absorb energy from the network. due to the continuous component by temporarily inserting a resistance on the circuit. A suitable resistance allows indeed to tend towards zero in a relatively short time runs this continuous component. Such an arrangement is described in French patent document No. 2,683,937.
Il est aussi connu que la présence en parallèle sur une chambre de coupure d'un disjoncteur d'un condensateur de grande capacité en série avec une inductance produit à l'ouverture du disjoncteur des oscillations du courant qui augmentent la tension d'arc et engendrent une instabilité de l'arc favorisant la décroissance de la composante continue du courant et son passage par zéro. C'est le cas décrit dans le document de brevet français n°2 684 486, qui est considéré comme l'état de la technique le plus proche.It is also known that the presence in parallel on a breaking chamber of a circuit breaker of a capacitor large capacity in series with an inductance produced at the opening of the circuit breaker for the current oscillations which increase the arc voltage and cause instability of the arc favoring the decrease of the continuous component of the current and its zero crossing. This is the case described in French Patent Document No. 2,684,486, which is considered to be the closest state of the art.
Ces solutions nécessitent l'emploi d'appareils nouveaux. Le but de la présente invention est de résoudre le problème de la coupure de courants de défaut à passage par zéro retardé avec uniquement des chambres de coupures classiques, le disjoncteur conforme à l'invention ne nécessitant qu'une modification de l'appareillage de commande particulièrement simple.These solutions require the use of devices new. The purpose of the present invention is to solve the problem of breaking fault currents passing through zero delayed with only interrupt chambers conventional, the circuit breaker according to the invention does not requiring that a modification of the switchgear particularly simple operation.
Conformément à l'invention, le disjoncteur comporte des moyens de diminution du débit de soufflage adaptés pour que le soufflage soit prolongé jusqu'à un instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T.According to the invention, the circuit breaker comprises means for reducing the blowing flow rate suitable for that the blowing be extended to an instant t2 included between tzmax-T and tzmax + T.
Cet agencement a pour avantage de ne nécessiter aucun dispositif de détection intelligente du courant de défaut et d'être totalement automatique.The advantage of this arrangement is that it does not require any intelligent fault current detection device and to be fully automatic.
De préférence, l'instant t2 est sensiblement égal à tzmax.Preferably, the instant t2 is substantially equal to tzmax.
Selon des considérations pratiques, le temps t2-t0 est sensiblement égal à 7 pseudo-périodes. According to practical considerations, the time t2-t0 is substantially equal to 7 pseudo-periods.
Dans le cas où les moyens de soufflage sont constitués d'un piston coopérant par déplacement relatif avec un équipage mobile portant un contact d'arc mobile et soumis à un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement normal, les moyens de diminution du débit de soufflage sont des moyens de ralentissement de l'équipage mobile à partir d'un seuil d de son déplacement normal.In the case where the blowing means are constituted of a piston cooperating by relative displacement with a moving part carrying a moving arcing contact and subjected to normal opening movement at normal speed opening defined by the operating conditions normal, the means for reducing the blowing flow are means for slowing the moving crew from of a threshold d of its normal displacement.
De préférence, le seuil d est compris entre 2D/3 et D, D étant la course totale normale de l'équipage mobile.Preferably, the threshold d is between 2D / 3 and D, D being the normal total travel of the moving part.
Avantageusement, le ralentissement de l'équipage mobile est effectué à vitesse constante.Advantageously, the slowdown of the crew mobile is performed at constant speed.
Dans le cas d'un disjoncteur comportant un vérin hydraulique entraínant l'équipage mobile et comportant un piston relié à un cône d'amortissement coopérant avec une bague, avantageusement les moyens de ralentissement consistent en une partie cylindrique disposée entre le piston et le cône, la bague étant réglée pour obtenir un certain jeu radial entre elle et la partie cylindrique.In the case of a circuit breaker comprising a jack hydraulic driving the moving part and comprising a piston connected to a damping cone cooperating with a ring, advantageously the slowing means consist of a cylindrical part arranged between the piston and cone, the ring being adjusted to obtain a certain radial clearance between it and the cylindrical part.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.The invention is described below in more detail at using figures representing only one embodiment preferred of the invention.
La figure 1 est un graphe montrant les variations d'un courant alternatif à passage par zéro retardé.Figure 1 is a graph showing the variations of a delayed zero-crossing alternating current.
La figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un disjoncteur classique.Figure 2 is a longitudinal sectional view partial view of a conventional circuit breaker.
La figure 3 est un graphe représentant en fonction du temps le déplacement du contact d'arc mobile d'un disjoncteur conforme à l'invention selon une première variante.Figure 3 is a graph representing as a function of time the displacement of the movable arcing contact of a circuit breaker according to the invention according to a first variant.
La figure 4 est un graphe représentant en fonction du temps le déplacement du contact d'arc mobile d'un disjoncteur conforme à l'invention selon une seconde variante. Figure 4 is a graph representing as a function of time the displacement of the movable arcing contact of a circuit breaker according to the invention according to a second variant.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de l'extrémité d'un vérin hydraulique comportant des moyens de ralentissement conformément à l'invention.Figure 5 is a longitudinal sectional view of the end of a hydraulic cylinder comprising means for slowing down according to the invention.
L'oscillogramme de la figure 1 montre le courant de défaut avec le passage par zéro du courant retardé. En abscisses est représenté le temps et en ordonnées l'intensité du courant.The oscillogram of figure 1 shows the current of fault with zero crossing of the delayed current. In abscissa is represented time and on the ordinate the intensity of the current.
Le courant de défaut apparaít à l'instant t0 et contribue à retarder le passage suivant par zéro jusqu'à un certain instant. De tels comportements sont déterminés par essais et/ou simulations et il est donc possible de déterminer, pour un réseau donné et les courants de défaut prévus, le laps de temps maximal avant le passage par zéro et donc l'instant tzmax de ce passage par zéro.The fault current appears at time t0 and helps delay the next pass by zero to one certain moment. Such behaviors are determined by tests and / or simulations and it is therefore possible to determine, for a given network and the fault currents expected, the maximum time before zero crossing and therefore the instant tzmax of this zero crossing.
A l'apparition du courant de défaut à l'instant t0, l'ordre d'ouverture du disjoncteur est lancé et ce dernier s'ouvre à l'instant t1.When the fault current appears at time t0, the circuit breaker opening order is started and the latter opens at time t1.
Une chambre de coupure d'un disjoncteur conforme à
l'invention capable de couper de tels courants de défaut est
représenté sur la figure 2. Il s'agit d'une chambre
classique comportant dans une enveloppe isolante 10 les
éléments de coupure comprenant un premier tube métallique 2
constituant le contact principal fixe et un second tube 3
coaxial au premier et formant le contact d'arc fixe. Ces
deux contacts sont reliés à une première prise de courant.
L'enveloppe est remplie d'un gaz à bonnes propriétés
diélectriques tel que l'hexafluorure de soufre sous une
pression de quelques bars.A breaker chamber of a circuit breaker conforming to
the invention capable of breaking such fault currents is
shown in Figure 2. This is a room
conventional comprising in an
L'équipage mobile comprend un tube métallique 4
prolongé par un capot pare-effluves 5 et pourvu d'une
cloison métallique 8 transversale portant des doigts de
contact 6 constituant le contact principal mobile et un tube
de soufflage 7 prolongé par des doigts de contact 8
constituant le contact d'arc mobile. La cloison 8 est percée
de trous pour le passage du gaz de soufflage et porte une
buse de soufflage 9 en matériau isolant. Le soufflage est
assuré par un piston fixe 11 disposé à l'intérieur du tube
4. Ce tube 4 est relié à une seconde prise de courant.The moving part includes a metal tube 4
extended by a corona hood 5 and provided with a
transverse metal partition 8 carrying fingers
contact 6 constituting the movable main contact and a tube
blowing 7 extended by contact fingers 8
constituting the movable arcing contact. Partition 8 is drilled
holes for the blowing gas passage and carries a
blowing nozzle 9 made of insulating material. The blowing is
provided by a
Le disjoncteur comporte par phase une pluralité de telles chambres de coupure.The circuit breaker comprises, per phase, a plurality of such breaking chambers.
Le déplacement de l'équipage mobile est défini sur les graphes représentés sur les figures 3 et 4.The movement of the moving part is defined on the graphs shown in Figures 3 and 4.
Les chambres de coupure en série sont équipées de moyens pour s'ouvrir à un instant t1 ultérieur à l'instant du défaut t0 et de moyens de soufflage de l'arc fonctionnant entre l'instant t1 et un instant ultérieur.The series switching chambers are equipped with means for opening at an instant t1 subsequent to the instant fault t0 and arc blowing means operating between time t1 and a later time.
De façon classique, l'équipage mobile est soumis à un déplacement normal d'ouverture à une vitesse normale d'ouverture définie par les conditions de fonctionnement normal et ce déplacement s'interrompt à l'instant tc représenté sur les figures. Conformément à l'invention, le déplacement de l'équipage mobile est modifié à partir d'un seuil d de son déplacement normal pour se terminer à l'instant t2 compris entre tzmax-T et tzmax+T et avantageusement t2 est sensiblement égal à tzmax.Conventionally, the mobile assembly is subjected to a normal opening movement at normal speed opening defined by the operating conditions normal and this movement stops at time tc shown in the figures. In accordance with the invention, the movement of the moving crew is changed from a threshold d of its normal displacement to end at the instant t2 between tzmax-T and tzmax + T and advantageously t2 is substantially equal to tzmax.
Selon la première variante représentée sur le graphe
3, le seuil d est de préférence compris entre 2D/3 et D. A
ce seuil d, l'équipage mobile est ralenti à une vitesse de
préférence constante afin d'atteindre la course totale D à
l'instant t2.According to the first variant represented on the
Selon la seconde variante représentée sur la figure 4, le seuil d est égal à la course totale normale d'ouverture D. La course totale D' est alors augmentée et est supérieure à D.According to the second variant shown in FIG. 4, the threshold d is equal to the normal total opening stroke D. The total stroke D 'is then increased and is greater to D.
Des variantes intermédiaires sont également envisageables, en modifiant la vitesse de ralentissement et/ou la course totale de l'équipage mobile.Intermediate variants are also possible, by modifying the speed of deceleration and / or the total travel of the moving crew.
Dans de telles conditions, à l'ouverture des contacts
à l'instant t1, un arc se crée entre les contacts d'arc 3, 8
et en cas de défaut normal, il est soufflé par le gaz de
soufflage de façon classique. Si le défaut est à passage par
zéro retardé, le soufflage continuant jusqu'à l'instant t2
correspondant au cas le plus défavorable, l'arc peut être
également soufflé.In such conditions, when the contacts are opened
at time t1, an arc is created between the
Des études d'essais et de simulations ont montré que, dans la pratique, le temps t2 est de préférence sensiblement égal à 110 millisecondes.Test and simulation studies have shown that, in practice, the time t2 is preferably substantially equal to 110 milliseconds.
Suivant toutes les variantes possibles, la modification du déplacement de l'équipage mobile peut être réalisée de façons diverses.According to all possible variants, the modification of the movement of the moving part can be performed in various ways.
Le mode de réalisation préféré des moyens de ralentissement de l'équipage mobile, celui-ci étant déplacé grâce à un vérin hydraulique, est représenté sur la figure 5.The preferred embodiment of the means of slowing down of the moving part, the latter being moved thanks to a hydraulic cylinder, is shown in the figure 5.
Cette figure représente le vérin hydraulique en
position de déclenchement c'est-à-dire d'ouverture des
contacts. Le piston 20 du vérin est en fin de course. Pour
arriver à cette position, l'ordre d'ouverture a été transmis
par une bobine de commande entraínant l'évacuation d'un
fluide sous pression par le clapet 21. La valve coulissante
22, libérée de la poussée du coulisseau 23, s'est donc
déplacée vers la droite (selon la figure) sous l'action de
son ressort de rappel 24. Elle a donc fermée le passage de
l'huile sous pression par le canal 25 alimenté par l'arrivée
32 et l'huile sous pression qui maintenait le piston 20 en
position haute correspondante à la position fermée des
contacts s'est évacuée par le canal 26 libéré par le
coulisseau 23.This figure shows the hydraulic cylinder in
trigger position, i.e. opening of
contacts. The
De façon classique, le piston 20 est équipé d'un cône
d'amortissement 27 qui, lors de l'ouverture, coopère avec
une bague 28 montée dans son logement avec un jeu
longitudinal et présentant également un jeu radial. Cet
agencement a pour fonction, en fin d'ouverture de ralentir
le piston 20 selon le tronçon de courbe A des figures 3 ou
4. Le jeu de la bague 28 permet d'une part son auto-ajustement
autour du cône 27 et d'autre part le passage de
l'huile entre elle et le cône 27. Conventionally, the
Les moyens de ralentissement conformes à l'invention
consistent en une partie cylindrique 29 disposée entre le
piston 20 et le cône 27 et de préférence solidaire de ce
dernier. Cette partie cylindrique 29 est de longueur 1. La
bague 28 est réglée pour obtenir un certain jeu radial j
entre elle et la partie cylindrique 29.The slowdown means according to the invention
consist of a
Ainsi lors de l'ouverture, le déplacement des contacts
est tout d'abord ralenti de façon classique par le cône 27
selon le tronçon de courbe A, puis ralenti à vitesse
constante compte-tenu du jeu j choisi et durant un temps t2-tc
compte-tenu de la longueur 1 choisie selon le tronçon de
droite B représenté sur les figures 3 ou 4.So when opening, moving the contacts
is first of all slowed down conventionally by the
La mise en oeuvre de l'invention nécessite donc une adaptation minime d'un disjoncteur existant.The implementation of the invention therefore requires a minimal adaptation of an existing circuit breaker.
Cette adaptation est particulièrement limitée pour la
mise en oeuvre de l'invention selon la courbe de la figure
3. Il suffit alors d'installer le cône d'amortissement 27
équipé de la partie cylindrique 29 sur le piston 20
existant, le carter 30 devant alors être allongé.This adaptation is particularly limited for the
implementation of the invention according to the curve of the figure
3. Then just install the damping
Dans le cas de la mise en oeuvre de la courbe de la
figure 4, la course du piston 20 doit également être
allongée et en conséquence sa tige et la chambre 31.In the case of the implementation of the curve of the
Figure 4, the stroke of the
Plusieurs chambres de coupure peuvent être utilisés selon les caractéristiques du réseau. Dans la pratique, au moins quatre chambres peuvent être prévues. A titre d'exemple, quatre chambres seront prévues pour une ligne d'une tension de 800kV.Several switching chambers can be used according to the characteristics of the network. In practice, at at least four rooms can be provided. As example, four rooms will be provided for one line with a voltage of 800kV.
Aucun dispositif de détection intelligente des différentes phases du courant de défaut n'est donc nécessaire et les chambres de coupure fonctionnent normalement en deux cycles à l'ouverture.No intelligent device detection different phases of the fault current is therefore necessary and the interrupting chambers are working normally in two opening cycles.
Claims (7)
- A high tension circuit breaker capable of interrupting alternating fault currents of pseudo-period T and having a delayed zero crossing. said currents passing through zero after a maximum time lapse tzmax-t0 after the instant t0 on which the fault appears, said time lapse tzmax-t0 being determined by simulation or by testing. the circuit breaker comprising a plurality of interrupting chambers (1) in series fitted with means for causing them to open at an instant t1 subsequent to the fault instant t0, and with arc blasting means designed to operate between the instant t1 and an instant tc earlier than the instant tzmax-T, the circuit breaker being characterized in that it includes blast flow rate reducing means adapted to cause blasting to be extended to an instant t2 lying in the range tzmax-T and tzmax+T.
- A circuit breaker according to claim 1, characterized in that the instant t2 is substantially equal to tzmax.
- A circuit breaker according to either preceding claim, characterized in that the time t2-t0 is substantially equal to seven pseudo-periods.
- A circuit breaker according to any preceding claim. in which the blast means are constituted by a piston (11) co-operating by displacement relative to moving equipment carrying a moving arcing contact (8) and subjected to normal opening displacement at a normal opening speed defined by normal operating conditions, characterized in that the blast flow rate reducing means are slowing-down means for slowing down the moving equipment beyond a threshold displacement d.
- A circuit breaker according to claim 4, characterized in that the threshold d lies in the range 2D/3 and D, where D is the total normal stroke of the moving equipment.
- A circuit breaker according to claim 4 or 5, characterized in that when slowed down. the moving equipment moves at constant speed.
- A circuit breaker according to claim 6, including a hydraulic actuator driving the moving equipment and including a piston (20) connected to a damping cone (27) co-operating with a ring (28). characterized in that the slowing-down means are constituted by a length of cylinder portion (29) disposed between the piston (20) and the cone (27), the ring (28) being adjusted to obtain a certain amount of radial clearance (j) between itself and the length of cylinder (29).
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