FR2623657A1 - Circuit-breaker with self-blasting by expansion of insulating gas, equipped with an electric field distribution screen - Google Patents
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Abstract
Description
DISJONCTEUR A AUTOSOUFFLAGE PAR EXPANSION DE GAZ ISOLANT, EQUIPE
D'UN ECRAN DE REPARTITION DE CHAMP ELECTRIQUE
L'invention est relative à un disjoncteur ou interrupteur à autosoufflage par expansion de gaz à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre contenu dans une enceinte étanche de logement d'un ou de plusieurs pales, chaque pôle comportant: - une paire de contacts d'arc séparables disposés dans une chambre de coupure, laquelle est incorporée dans l'enceinte, - au moins un conduit d'écoulement de gaz s'étendant à l'intérieur desdits contacts d'arc creux pour faire communiquer la chambre de coupure avec le volume restant de l'enceinte constituant une chambre d'expansion, - et un orifice ménagé dans la chambre de coupure pour le passage du contact d'arc mobile.INSULATING GAS SELF-BLOWING CIRCUIT BREAKER, EQUIPPED
OF AN ELECTRIC FIELD DISPLAY SCREEN
The invention relates to a circuit breaker or switch for self-blowing by expansion of gas with high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride contained in a sealed enclosure for housing one or more blades, each pole comprising: - a pair of separable arcing contacts arranged in a breaking chamber, which is incorporated in the enclosure, - at least one gas flow conduit extending inside said hollow arcing contacts to communicate the breaking with the remaining volume of the enclosure constituting an expansion chamber, - and an orifice formed in the breaking chamber for the passage of the movable arcing contact.
Dans un disjoncteur ou poste blindé à haute tension, utilisé par exemple dans des réseaux ayant des valeurs de tension supérieures à 70 kV, la répartition du champ électrique à 1' intérieur de la chambre de coupure, peut être contrôlée par un capot métallique de forme hémisphérique.In a high-voltage shielded circuit breaker or substation, used for example in networks with voltage values greater than 70 kV, the distribution of the electric field inside the breaking chamber can be controlled by a metal cover hemispherical.
Pour améliorer la tenue diélectrique globale, en particulier après la coupure, dans un disjoncteur a autoexpansion, l'incorporation d'un tel capot métallique de forme massive dans la chambre de coupure pose le problème du dérèglement de l'-écoulement gazeux au niveau des racines d'arc. La présence du capot améliore certes la tenue diélectrique, mais obstrue partiellement l'entrée des conduits internes des contacts tubulaires, et limite de ce fait la vitesse d'écoulement de gaz vers la chambre d'expansion. I1 en résulte une diminution du débit massique par expansion de gaz, avec des risques de noncoupure de l'arc. To improve the overall dielectric strength, in particular after switching off, in a self-expanding circuit breaker, the incorporation of such a metal cover of massive shape in the switching chamber poses the problem of the disruption of the gas flow at the level of the arc roots. The presence of the cover certainly improves the dielectric strength, but partially obstructs the entry of the internal conduits of the tubular contacts, and thereby limits the speed of gas flow to the expansion chamber. I1 results in a reduction in the mass flow rate by gas expansion, with the risk of non-cutting of the arc.
L'objet de l'invention consiste à réaliser un disjoncteur ou interrupteur à autosoufflage par expansion de gaz, ayant une bonne tenue diélectrique et un pouvoir de coupure élevé.The object of the invention consists in making a circuit breaker or switch with self-blowing by gas expansion, having good dielectric strength and a high breaking capacity.
Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que le contact d'arc mobile est équipé d'un écran conducteur, logé à l'intérieur de la chambre de coupure pour la répartition uniforme du champ électrique dans l'intervalle de coupure, ledit écran comprenant des moyens de guidage de l'écoulement gazeux vers le conduit de communication avec la chambre d'expansion.The circuit breaker according to the invention is characterized in that the movable arcing contact is equipped with a conductive screen, housed inside the breaking chamber for the uniform distribution of the electric field in the breaking interval, said screen comprising means for guiding the gas flow towards the communication conduit with the expansion chamber.
L'écran comporte des ailettes radiales fixées sur le pourtour externe du contact d'arc mobile de manière à délimiterdes canaux favorisant l'écoulement de gaz SF6 vers les entrées des conduits internes des contacts d'arc tubulaires. la présence de l'écran sur le contact d'arc mobile ne diminue pas le débit de gaz vers la chambre d'expansion.The screen comprises radial fins fixed on the outer periphery of the movable arcing contact so as to delimit channels promoting the flow of SF6 gas towards the inputs of the internal conduits of the tubular arcing contacts. the presence of the screen on the movable arcing contact does not reduce the gas flow to the expansion chamber.
Une bobine ou un aimant permanent peut être associée au contact d'arc fixe à l'intérieur de la chambre de coupure pour provoquer la rotation de l'arc.A coil or permanent magnet can be associated with the fixed arcing contact inside the breaking chamber to cause the arc to rotate.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et représenté aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue partielle en coupe axiale d'un disjoncteur à expansion équipé de l'écran selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation à échelle agrandie de l'écran selon la figure 1; - la figure 3 montre une vue de profil de la figure 2.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example, and represented in the appended drawings in which: - Figure 1 is a partial view in axial section of an expansion circuit breaker equipped with the screen according to the invention; - Figure 2 is an elevational view on an enlarged scale of the screen according to Figure 1; - Figure 3 shows a side view of Figure 2.
Sur la figure 1, un disjoncteur ou interrupteur pour réseau à moyenne ou haute tension, est logé dans une enceinte 10 étanche, remplie de gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre SF6 à la pression atmosphérique ou à surpression. L'enceinte 10 de forme cylindrique renferme un pale ayant un système de contacts séparables et un dispositif d'autosoufflage à rotation de l'arc et à expansion du gaz SF6.In FIG. 1, a circuit breaker or switch for a medium or high voltage network is housed in a sealed enclosure 10, filled with insulating gas with high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride SF6 at atmospheric pressure or at overpressure. The enclosure 10 of cylindrical shape contains a blade having a separable contact system and a self-blowing device with arc rotation and SF6 gas expansion.
A l'intérieur de l'enceinte 10 se trouve une chambre de coupure 12 composée d'une surface 14 de révolution en matériau conducteur, d'un fond inférieur 16 isolant ayant un orifice 18 de passage du contact d'arc mobile 20, et d'un fond supérieur 22 conducteur fixé à un conducteur 24 tubulaire d'amenée de courant. Le conducteur 24 sert de support à la chambre de coupure 12 en s'étendant le long de l'axe longitudipal 25 du pôle. Une borne de connexion, constituée par le couvercle 26 conducteur de l'enceinte 10, est reliée électriquement au conducteur 24 fixe d'amenée de courant. Le fond isolant 1 assure l'isolation électrique entre le contact d'arc 20 mobile et l'extrémité de la surface cylindrique 14 portant le contact principal fixe 28.Inside the enclosure 10 is a breaking chamber 12 composed of a surface 14 of revolution made of conductive material, of a lower insulating bottom 16 having an orifice 18 for passage of the movable arcing contact 20, and an upper conductive bottom 22 fixed to a tubular current supply conductor 24. The conductor 24 serves to support the breaking chamber 12, extending along the longitudinal axis 25 of the pole. A connection terminal, constituted by the cover 26 conductor of the enclosure 10, is electrically connected to the conductor 24 fixed current supply. The insulating bottom 1 provides electrical insulation between the movable arcing contact 20 and the end of the cylindrical surface 14 carrying the fixed main contact 28.
A 1' intérieur de la chambre de coupure 12 est disposée une bobine 30 électromagnétique ayant une face frontale postérieure accolée mécaniquement et électriquement au fond 22 métallique supérieur, et une face frontale antérieure coiffée par un contact d'arc fixe 32 agencé en piste de migration d'arc, disposée en regard du contact d'arc mobile 20.Inside the interrupting chamber 12 is arranged an electromagnetic coil 30 having a posterior front face joined mechanically and electrically to the upper metal bottom 22, and an anterior front face capped by a fixed arcing contact 32 arranged in the migration track arcing, arranged opposite the movable arcing contact 20.
Une électrode 34 auxiliaire est dirigée vers l'intervalle de coupure 36 et, est connectée électriquement au fond 22. La fonction de shuntage partiel de la bobine 30 par l'électrode 34 au cours de la période d 'arc est décrite en détail dans la demande de brevet français nO 2596578.An auxiliary electrode 34 is directed towards the cut-off interval 36 and is electrically connected to the bottom 22. The function of partial shunting of the coil 30 by the electrode 34 during the arc period is described in detail in the French patent application No. 2596578.
Le contact principal fixe 28 coopère avec un contact principal mobile 38 constitué par un contact en tulipe porté par un support 40 conducteur de l'équipage mobile en-liaison électrique avec l'autre borne de connexion (non représentée). Le contact d'arc mobile 20 présente une liaison mécanique télescopique ayant un mouvement relatif de translation par rapport au contact principal mobile 38 grâce à l'insertion d'un ressort de compression 42 entre un épaulement 44 du support 40 et l'extrémité 46 du contact d'arc mobile 20 située à l'oppose de l'intervalle de coupure 36. Au cours de l'ouverture, le ressort 42 sollicite le contact d'arc mobile 20 en position d'extension jusqu'au rattrapage de la course morte (d) autorisant la venue en butée de l'extrémité 46 contre un taquet 48 d'entraînement de support 40.The fixed main contact 28 cooperates with a movable main contact 38 constituted by a tulip contact carried by a support 40 conductor of the movable assembly in electrical connection with the other connection terminal (not shown). The movable arcing contact 20 has a telescopic mechanical connection having a relative translational movement relative to the movable main contact 38 thanks to the insertion of a compression spring 42 between a shoulder 44 of the support 40 and the end 46 of the movable arcing contact 20 located opposite the cutoff gap 36. During opening, the spring 42 urges the movable arcing contact 20 in the extended position until the dead travel is caught up (d) authorizing the abutment of the end 46 against a support drive stopper 40 40.
Le conducteur fixe 24 et le support 40 de l'équipage mobile sont agencés en conduits 54,56, tubulaires coaxiaux, munis d'orifices 50,52 faisant communiquer la chambre de coupure 12 avec le volume restant de l'enceinte 10 constituant une chambre d'expansion pour le gaz SF6.-Il en résulte un double soufflage de l'arc par expansion du SF6 à travers les conduits 54,56.The fixed conductor 24 and the support 40 of the movable assembly are arranged in conduits 54, 56, coaxial tubulars, provided with orifices 50, 52 making the breaking chamber 12 communicate with the remaining volume of the enclosure 10 constituting a chamber. expansion for SF6 gas. This results in a double blowing of the arc by expansion of the SF6 through the conduits 54, 56.
Selon l'invention, la partie supérieure du contact d'arc mobile 20 disposée dans la chambre de coupure 12, porte un écran 58 (figure 2) de répartition du champ électrique dans l'intervalle de coupure 36. L'écran 58 comporte une pluralité d'ailettes 60 réparties angulairement à intervalles réguliers dans des plans radiaux, en étant fixées sur le pourtour externe du contact d'arc mobile 20. Les ailettes 60 métalliques s' étendent jusqu'au voisinage de la pièce de contact 62 venant en aboutement avec le contact d'arc fixe 32 en position de fermeture. Entre les ailettes 60 radiales de l'écran 58 subsiste une série de canaux 64 ou rainures (figure 3) qui favorise l'écoulement du gaz SF6 vers les conduits 54,56 internes durant la phase d'expansion.According to the invention, the upper part of the movable arcing contact 20 disposed in the breaking chamber 12 carries a screen 58 (FIG. 2) for distributing the electric field in the breaking interval 36. The screen 58 comprises a plurality of fins 60 angularly distributed at regular intervals in radial planes, being fixed on the outer periphery of the movable arcing contact 20. The metal fins 60 extend to the vicinity of the contact piece 62 coming into abutment with the fixed arcing contact 32 in the closed position. Between the radial fins 60 of the screen 58 there remains a series of channels 64 or grooves (FIG. 3) which promotes the flow of the SF6 gas towards the internal conduits 54,56 during the expansion phase.
Le fonctionnement du disjoncteur selon les figures 1 à 3 est l'e suivant:
La position de fermeture est représentée sur la demi-vue de droite de la figure 1, et on remarque que la majorité du courant passe par le circuit principal comprenant les contacts principaux 28,38. A cause de la self de la bobine 30, une faible fraction du courant parcourt les contacts d'arc 32,20 et la bobine 30 du circuit d'arc parallèle.The operation of the circuit breaker according to FIGS. 1 to 3 is as follows:
The closed position is shown in the right half-view of FIG. 1, and it is noted that the majority of the current flows through the main circuit comprising the main contacts 28, 38. Because of the inductance of the coil 30, a small fraction of the current flows through the arcing contacts 32, 20 and the coil 30 of the parallel arcing circuit.
L'ouverture du disjoncteur est commandé par un coulissement vers le bas sur la figure 1 du support 40 accouplé mécaniquement à une tige de manoeuvre (non représentée). Les contacts principaux 28,38 disposés à l'extérieur de la chambre de coupure 12 s'ouvrent avant les contacts d'arc 32,20. Pendant une première phase du mouvement d'ouverture, le contact d'arc mobile 20 reste abouté au contact d'arc fixe 32 par la présence de la course morte (d) et de l'action de détente du ressort 42. Le courant est commuté dans le circuit d'arc parallèle et assure l'excitation de la bobine 30 avec formation d'un champ magnétique. La séparation des contacts d'arc 32,20 s'opère durant la deuxième phase d'ouverture du disjoncteur au cours de laquelle l'arc 66 est mis en rotation par le champ de la bobine 30.L'arc provoque à l'intérieur de la chambre de coupure 12, un échauffement et une montée en pression du gaz SF6 qui peut s'échapper par les conduits 54,56 internes vers la chambre d'expansion de l'enceinte 10, en assurant un double soufflage pneumatique de l'arc. L'action combinée de soufflage magnétique en rotation de l'arc et de soufflage pneumatique par expansion assure une extinction rapide de l'arc
La présence de l'écran 58 de répartition du champ électrique dans l'intervalle de coupure 36 évite au voisinage de zéro de courant, tout réamorçage de l'arc entre les contacts d'arc 32,20, ou entre le contact d'arc mobile 20 et l'électrode 34. Les canaux 64 de séparation des ailettes 60 favorisent l'écoulement du gaz SF6 vers les entrées des conduits 54,56, de manière à obtenir un débit massique de gaz suffisant pour le double soufflage pneumatique de l'arc.The opening of the circuit breaker is controlled by sliding downwards in FIG. 1 of the support 40 mechanically coupled to an operating rod (not shown). The main contacts 28, 38 arranged outside of the breaking chamber 12 open before the arcing contacts 32, 20. During a first phase of the opening movement, the movable arcing contact 20 remains abutted to the fixed arcing contact 32 by the presence of the dead travel (d) and the spring expansion action 42. The current is switched in the parallel arc circuit and ensures the excitation of the coil 30 with the formation of a magnetic field. The separation of the arcing contacts 32,20 takes place during the second opening phase of the circuit breaker during which the arcing 66 is rotated by the field of the coil 30. The arcing inside from the switching chamber 12, a heating and a rise in pressure of the SF6 gas which can escape through the internal conduits 54, 56 towards the expansion chamber of the enclosure 10, ensuring a double pneumatic blowing of the bow. The combined action of magnetic arc blowing and pneumatic expansion blowing ensures rapid arc extinction
The presence of the screen 58 for distributing the electric field in the cut-off interval 36 prevents, in the vicinity of zero current, any re-ignition of the arc between the arcing contacts 32,20, or between the arcing contact mobile 20 and the electrode 34. The channels 64 for separating the fins 60 promote the flow of SF6 gas towards the inlets of the conduits 54, 56, so as to obtain a mass flow of gas sufficient for the double pneumatic blowing of the bow.
L'écran 58 à ailettes 60 radiales peut bien entendu être remplacé pour tout autre capot conducteur, de répartition du champ électrique, ledit capot étant équipé de moyens de guidage de l'écoulement gazeux pour ne pas perturber le débit de gaz allant de la chambre de coupure 12 vers la chambre d'expansion, par exemple une grille ou un capot percé de trous.The screen 58 with radial fins 60 can of course be replaced for any other conductive cover, for distributing the electric field, said cover being equipped with means for guiding the gas flow so as not to disturb the gas flow going from the chamber. cutoff 12 towards the expansion chamber, for example a grid or a cover pierced with holes.
Selon une variante, l'enceinte 10 peut renfermer plusieurs pôles. La bobine 30 peut être remplacée par un aimant permanent à l'intérieur de la chambre de coupure 12. According to a variant, the enclosure 10 may contain several poles. The coil 30 can be replaced by a permanent magnet inside the breaking chamber 12.
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Legal Events
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| ST | Notification of lapse | ||
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