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EP0644567A1 - Interrupteur haute tension à arc tournant et à gaz isolant - Google Patents

Interrupteur haute tension à arc tournant et à gaz isolant Download PDF

Info

Publication number
EP0644567A1
EP0644567A1 EP94410076A EP94410076A EP0644567A1 EP 0644567 A1 EP0644567 A1 EP 0644567A1 EP 94410076 A EP94410076 A EP 94410076A EP 94410076 A EP94410076 A EP 94410076A EP 0644567 A1 EP0644567 A1 EP 0644567A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rings
switch according
gas
movable contact
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP94410076A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0644567B1 (fr
Inventor
Michel Barrault
Georges Bernard
Jean-Claude Faye
Paul Glenat
Pierre Leclercq
Joseph Maffoul
Stephen Rowe
Denis Raphard
Raymond Soboul
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 Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric SE filed Critical Schneider Electric SE
Publication of EP0644567A1 publication Critical patent/EP0644567A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0644567B1 publication Critical patent/EP0644567B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/08—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H01H33/10—Metal parts
    • 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
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • H01H33/982—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow in which the pressure-generating arc is rotated by a magnetic field

Definitions

  • Document FR-A-2 371 762 describes a rotary arc switch comprising rings (8) which serve to cool the electric arc and to produce a gas rolling effect.
  • These rings each have the shape of a flat washer whose inner diameter or diameter of the central hole is slightly greater than an outer diameter of a flared part of the movable contact (11), so that the gas produced in the cut is forced to pass longitudinally in the space between the outer diameter of the movable contact and the inner diameter of the central hole of each ring (8), hence a gas rolling effect.
  • the electric arc substantially follows the inner edge of the rings and it follows that the rings are used for cooling the arc but that the ionized gas produced is not sufficiently cooled. The breaking capacity of such a circuit breaker is limited.
  • the document EP-A-0 064 425 describes a rotary arc switch in which, inside an arc extinguishing chamber, is provided a wall (44) which is in the form of a cylindrical socket and which is concentrically housed in the arc extinguishing chamber which has a substantially annular shape, this wall (44) having the function of guiding the gas flow so as to make it undergo a circulatory movement inside the chamber arc extinction in order to improve the arc extinction function obtained by this gas circulation.
  • This wall (44) is formed by a single piece, and it therefore has only two opposite cylindrical surfaces in contact with the gas, these opposite surfaces being located substantially along the longitudinal central axis of the switch and not offering a contact area with the gas large enough to cause significant cooling of this gas.
  • post-arc currents In addition, in known switches of the types corresponding to the documents of the prior art cited above, there generally occurs a phenomenon of the appearance of "post-arc currents". This well-known phenomenon occurs when the conventional switch operates so as to cut off a current whose intensity is close to the maximum admissible current for this switch, for example, for a high voltage installation, a maximum admissible current equal to 30 kA.
  • post-arc currents are electrical currents which can last several tens of milliseconds after the opening of the electrical contacts, without these currents causing failure to cut. These currents are then called “post-recovery currents".
  • An object of the present invention is to provide a high voltage switch with a rotating arc enabling an increased breaking capacity to be obtained without increasing the dimensions of the switch.
  • Another object of the present invention consists in proposing such a switch which can also maintain its improved performance while reducing the dimensions of the switch.
  • Another object of the present invention is to provide such a switch which further makes it possible to prevent the occurrence of "post-recovery currents" when the switch operates so as to cut off an electric current whose intensity is close to the maximum value. admissible for this switch.
  • the switch according to the invention is characterized in that fixing means secure the cooling means to a rigid part of the switch, that each of said rings is in the general form of a substantially flat and thin plate in shape disc provided with a central hole whose diameter is greater than the largest external diameter of the movable contact, that the rings are arranged so as to surround the movable contact while being substantially centered on the longitudinal central axis of said switch, and that the maximum distance between the fixed and movable contacts is equal to or less than the sum of the minimum distance between said cooling means and the fixed contact and the minimum distance between said cooling means and the fully open movable contact.
  • FIG. 1 a distinction is made between the essential parts constituting a high voltage rotary arc switch 1 which can be used, for example, in high voltage circuit breakers.
  • This switch 1 is designed to include certain improvements, which will be described later, which make it possible to give the switch a breaking capacity greater than 30 kA, this while reducing the dimensions of the switch.
  • Such a switch can for example be easily designed so as to be able to carry out current cuts of the order of 40 to 50 kA, without inducing post-arc current.
  • the switch 1 is isolated by an insulating gas with high dielectric strength, in particular sulfur hexafluoride and comprises a fixed contact 2, a movable contact 3, a sealed casing 4 which forms inside an interrupting chamber 5 surrounding the fixed 2 and mobile 3 contacts, as well as a device 6 for rotating the electric arc.
  • the arc rotation device 6 comprises a fixed annular electrode arranged around the fixed contact 2 and which is connected to the latter by a coil 7.
  • the movable contact 3 is shown in its closed position of the switch in the upper part of the figure and in its open position of the switch in the lower part of the figure.
  • the movable contact 3 is in the general form of a hollow tube 8 which is centered on the longitudinal central axis 9 of the switch 1.
  • the movable contact 3 moves back and forth along this central axis longitudinal 9.
  • the fixed contact 2 is in the general form of a ring and the movable contact 3 is also in the general form of a ring of substantially identical diameter.
  • a set of connection pieces 10, 11, 12 connects fixedly and tightly the fixed contact 2 and the movable contact 3 to the waterproof casing 4.
  • the fixed contact 2 is connected to a terminal or to an external electrical connection piece 13 and the movable contact 3 is integral with a mechanical actuating device (not shown) making it possible to control its longitudinal reciprocating movement, and is electrically connected to a terminal or an electrical connection piece (not shown) .
  • the parts 10, 11, 12, 13 as well as the other parts mentioned above and not shown in FIG. 1 can be of a conventional design very well known for such a high voltage rotary arc switch 1, and these parts are therefore not not described in more detail here.
  • An object of the present invention is to provide inside the interrupting chamber 5 a gas cooling device 14 which has several functions but the essential function of which is to cause rapid cooling of the interrupted gases heated during the formation of the electric arc.
  • the gas cooling device 14 is in the form of a rigid assembly having an annular part fixed inside the interrupting chamber 5 in a manner centered on the longitudinal central axis 9 of the switch 1.
  • the sealed envelope 4 has a cylindrical shape such that the interrupting chamber 5 delimited towards the outside by the internal wall of the waterproof envelope 4 and towards the inside by the external wall of the support tube 8 of the movable contact 3, is a chamber having an annular shape.
  • the gas cooling device 14 consists of a plurality of rings 15, each ring 15 being in the form of a substantially flat washer, that is to say that each ring 15 has a circular external rim 16 and a central hole limited by an internal rim 17.
  • the rings 15 are preferably arranged parallel to one another and are spaced from each other by a constant or variable distance, so that the rings 15 constitute between them a plurality of annular passages 18 which extend substantially radially with respect to the longitudinal central axis 9 of the switch 1.
  • the rings 15 can be held in place in the position described above using support pieces 19 which allow the rings 15 to be connected to a rigid piece 11 of the switch 1.
  • FIG. 1 there is shown only one of these support parts 19, which comprises a threaded rod whose left end is anchored on the connecting piece 11 and which s extends substantially longitudinally inside the cutting chamber 5.
  • the rings 15 have holes made in correspondence with the support pieces 19 and the rings 15 are arranged in a stacked fashion on the support pieces 19 which pass through the holes of the rings 15.
  • Spacers 20 are arranged between each adjacent ring 15 so as to ensure the spacing of the rings 15 with each other, this spacing making it possible to constitute the different e annular spaces 18 described above.
  • the operation of the gas cooling device 14 is as follows:
  • the gas cooling device 14 has a central hole having a diameter larger than the outer diameter of the movable contact 3.
  • the ring 15A which is located closest to the movable contact 2 is disposed at a relatively small longitudinal distance from the fixed contact 2 and the distance between its internal rim 17 and the external rim of the fixed contact 2 is indicated in Figure 1 by the reference D1.
  • the ring 15B located opposite to the ring 15A is located either substantially in line with the movable contact 3 when the latter is in the open position, or further back with respect to the movable contact 3 when the latter ci is in the open position, as shown in the lower part of Figure 1.
  • one of the rings 15 located in an intermediate position between the end rings 15A and 15B constitutes the ring whose internal rim 17 is located closest to the external rim of the movable contact 3 in the open position and the distance which thus separates this internal rim 17 and the external rim of the contact movable 3 defines a distance D2 which is shown in FIG. 1.
  • the distance which separates the movable contact 3 from the fixed contact 2 is a distance C.
  • the arrangement of the re device cooling of the gases 14 in the breaking chamber 15 is chosen so that the sum of the distances D1 and D2 is substantially equal to or greater than the distance C.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the gas cooling device 14 according to the present invention.
  • the rings 15 are thicker, are smaller in number, for example three, but are made of a metallic material permeable to gas, for example a porous metallic material or a metallic material constituted by agglomerated balls or by sintered particles.
  • a metallic material permeable to gas for example a porous metallic material or a metallic material constituted by agglomerated balls or by sintered particles.
  • FIG. 3 shows another variant of the gas cooling device 14.
  • a cylindrical annular part 20 which is spaced from the outer edges 16 of the rings 15 and which is produced made of a porous metallic material.
  • FIG 4 shows yet another alternative embodiment of the gas cooling device 14 according to the present invention.
  • the rings 15 have a general shape of a flat plate, as before, but also have similar undulations for each ring, which means that, when the rings are stacked, the annular space 18 located between each adjacent ring is a space which constitutes a non-rectilinear path but a zigzag path due to the fact that this space constitutes baffles. This causes some turbulence in the gas passing through the annular spaces 18, which further increases the heat exchange between the gas and the rings 15 in order to cool the gas even more effectively.
  • the stack of metal sheets or rings 15 of the gas cooling device 14 is fixed directly to the front part 30 of the coil 7 by means of bolts 32 (one of which is visible on the figure 5).
  • the coil 7 is formed by a succession of turns 34 connected in series, and assembled one against the other by means of screws 36, which extend parallel to the bolts 32.
  • the upper turn 34 of the coil 7 is in contact with a current supply range 37 connected to the upper terminal 38 of the circuit breaker.
  • the sheets 15 of the gas cooling device are electrically isolated from the coil 7 by means of isolation comprising in particular an insulating bush 40 traversed by each bolt 32. According to a variant devoid of means insulation, the sheets 15 of the cooling device are at the potential of the coil.
  • the invention is not limited to the embodiments which have just been described by way of nonlimiting example.
  • provision can be made for the rings 15 to be made of a metallic material but also of an insulating material.
  • slots 30 can be provided in these rings in order to avoid or limit the appearance of eddy currents which can be induced in the rings 15 by the presence of the coil 7 of the device for rotating the arc 6.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)

Abstract

Interrupteur à arc tournant (1) comportant un contact fixe (2), un contact mobile (3), une enveloppe étanche (4) formant une chambre de coupure (5) qui entoure les contacts fixe et mobile et un dispositif (6) pour faire tourner l'arc autour dudit contact fixe. Selon l'invention, l'interrupteur comprend en outre un moyen de refroidissement (14) qui est disposé dans la chambre de coupure et qui est constitué par une pluralité d'anneaux (15) plans disposés parallèmement entre eux et espacés les uns des autres de façon à constituer entre eux une pluralité d'espaces annulaires (18). <IMAGE> <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un interrupteur à arc tournant et isolé par un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, et comprenant :
    • un contact fixe , et un contact mobile ,
    • une enveloppe étanche remplie dudit gaz, et formant une chambre de coupure entourant les contacts fixe et mobile,
    • un dispositif à bobine pour faire tourner l'arc autour dudit contact fixe,
    • et un moyen de refroidissement disposé dans la chambre de coupure, et comportant une pluralité d'anneaux plans ou tôles disposés sensiblement parallèlement entre eux et espacés les uns des autres de façon à constituer entre eux une succession d'espaces annulaires .
  • Le document FR-A-2 371 762 décrit un interrupteur à arc tournant comprenant des anneaux (8) qui servent à refroidir l'arc électrique et à produire un effet de laminage du gaz. Ces anneaux ont chacun la forme d'une rondelle plane dont le diamètre intérieur ou diamètre du trou central est légèrement supérieur à un diamètre extérieur d'une partie évasée du contact mobile (11), de telle sorte que le gaz produit dans la chambre de coupure soit obligé de passer longitudinalement dans l'espace situé entre le diamètre extérieur du contact mobile et le diamètre intérieur du trou central de chaque anneau (8), d'où un effet de laminage du gaz. D'autre part, dans un tel interrupteur connu, l'arc électrique suit sensiblement le bord intérieur des anneaux et il résulte que les anneaux servent au refroidissement de l'arc mais que le gaz ionisé produit n'est pas suffisemment refroidi. Le pouvoir de coupure d'un tel disjoncteur est limité.
  • Le document EP-A-0 064 425 décrit un interrupteur à arc tournant dans lequel, à l'intérieur d'une chambre d'extinction d'arc, est prévue une paroi (44) qui est en forme de douille cylindrique et qui est logée concentriquement dans la chambre d'extinction d'arc qui a une forme sensiblement annulaire, cette paroi (44) ayant pour fonction de guider l'écoulement gazeux de façon à lui faire subir un mouvement circulatoire à l'intérieur de la chambre d'extinction d'arc en vue d'améliorer la fonction d'extinction d'arc obtenue par cette circulation du gaz. Cette paroi (44) est constituée par une seule pièce, et elle présente par conséquent uniquement deux surfaces cylindriques opposées en contact avec le gaz, ces surfaces opposées étant situées sensiblement suivant l'axe central longitudinal de l'interrupteur et n'offrant pas une surface de contact avec le gaz suffisamment grande pour provoquer un refroidissement significatif de ce gaz.
  • En outre, dans les interrupteurs connus des types correspondant aux documents de l'art antérieur cités précédemment, il se produit généralement un phénomène d'apparition de "courants post-arc". Ce phénomène bien connu se produit lorsque l'interrupteur classique fonctionne de façon à couper un courant dont l'intensité est voisine de l'intensité maximum admissible pour cet interrupteur, par exemple, pour une installation haute tension, une intensité maximum admissible égale à 30 kA. Ces courants post-arc sont des courants électriques qui peuvent durer plusieurs dizaines de millisecondes après l'ouverture des contacts électriques, sans que ces courants n'entraînent d'échec de coupure. Ces courants sont alors appelés "courants post-rétablissement".
  • Un objet de la présente invention consiste à proposer un interrupteur haute tention à arc tournant permettant d'obtenir un pouvoir de coupure augmenté sans augmentation des dimensions de l'interrupteur.
  • Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un tel interrupteur pouvant en outre conserver ses performances améliorées tout en réduisant les dimensions de l'interrupteur.
  • Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un tel interrupteur permettant en outre d'empêcher une apparition de "courants post-rétablissement" lorsque l'interrupteur fonctionne de façon à couper un courant électrique dont l'intensité est proche de la valeur maximum admissible pour cet interrupteur.
  • L'interrupteur selon l'invention est caractérisé en ce que des moyens de fixation solidarisent le moyen de refroidissement à une pièce rigide de l'interrupteur, que chacun desdits anneaux se présente sous la forme générale d'une plaque sensiblement plane et mince en forme de disque muni d'un trou central dont le diamètre est supérieur au plus grand diamètre externe du contact mobile , que les anneaux sont disposés de façon à entourer le contact mobile en étant sensiblement centrés sur l'axe central longitudinal dudit interrupteur, et que la distance maximum d'écartement entre les contacts fixe et mobile est égale ou inférieure à la somme de la distance minimum entre ledit moyen de refroidissement et le contact fixe et la distance minimum entre ledit moyen de refroidissement et le contact mobile complètement ouvert.
  • Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux compris lors de la description détaillée de modes de réalisation de l'invention, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'un premier mode de réalisation d'un interrupteur selon la présente invention ;
    • la figure 1A montre une vue de profil d'un anneau du dispositif de refroidissement ;
    • la figure 2 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'un autre mode de réalisation d'un interrupteur selon l'invention ;
    • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'encore un autre mode de réalisation d'un interrupteur selon l'invention ; et
    • la figure 4 est une vue en coupe longitudinale simplifiée d'encore un autre mode de réalisation d'un interrupteur selon l'invention.
    • la figure 5 montre une demi-vue partielle en coupe et à échelle agrandie d'une variante de réalisation.
  • Sur la figure 1, on distingue les pièces essentielles constituant un interrupteur haute tension à arc tournant 1 qui peut être utilisé, par exemple, dans des disjoncteurs haute tension. Cet interrupteur 1 est conçu de façon à inclure certains perfectionnements, qui seront décrits par la suite, qui permettent de conférer à l'interrupteur un pouvoir de coupure supérieur à 30 kA, ceci tout en réduisant les dimensions de l'interrupteur. Un tel interrupteur peut par exemple être facilement conçu de façon à pouvoir effectuer des coupures de courants de l'ordre de 40 à 50 kA, ceci sans induire de courant post-arc.
  • L'interrupteur 1 est isolé par un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, notamment de l'hexafluorure de soufre et comprend un contact fixe 2, un contact mobile 3, une enveloppe étanche 4 qui forme à l'intérieur une chambre de coupure 5 entourant les contacts fixe 2 et mobile 3, ainsi qu'un dispositif 6 pour faire tourner l'arc électrique. Le dispositif 6 de mise en rotation de l'arc comprend une électrode annulaire fixe agencée autour du contact fixe 2 et qui est reliée à celui-ci par une bobine 7. Sur la figure, le contact mobile 3 est représenté dans sa position de fermeture de l'interrupteur dans la partie supérieure de la figure et dans sa position d'ouverture de l'interrupteur dans la partie inférieure de la figure. Le contact mobile 3 se présente sous la forme générale d'un tube creux 8 qui est centré sur l'axe central longitudinal 9 de l'interrupteur 1. Le contact mobile 3 se déplace en va-et-vient le long de cet axe central longitudinal 9. Le contact fixe 2 se présente sous la forme générale d'un anneau et le contact mobile 3 se présente lui aussi sous la forme générale d'un anneau de diamètre sensiblement identique. Un ensemble de pièces de raccordement 10, 11, 12 relie de façon fixe et étanche le contact fixe 2 et le contact mobile 3 à l'enveloppe étanche 4. Le contact fixe 2 est raccordé à une borne ou à une pièce de connexion électrique externe 13 et le contact mobile 3 est solidaire d'un dispositif d'actionnement mécanique (non représenté) permettant de commander son déplacement en va-et-vient longitudinal, et est connecté électriquement à une borne ou une pièce de raccordement électrique (non représentée). Les pièces 10, 11, 12, 13 ainsi que les autres pièces évoquées précédemment et non représentées sur la figure 1 peuvent être d'une conception classique très connue pour un tel interrupteur haut tension à arc tournant 1, et ces pièces ne sont par conséquent pas décrites plus en détail ici.
  • Un objet de la présente invention consiste à prévoir à l'intérieur de la chambre de coupure 5 un dispositif de refroidissement des gaz 14 qui a plusieurs fonctions mais dont la fonction essentielle consiste à provoquer un refroidissement rapide des gaz de coupure chauffés lors de la formation de l'arc électrique. Le dispositif de refroidissement des gaz 14 se présente sous la forme d'un ensemble rigide ayant une pièce annulaire fixée à l'intérieur de la chambre de coupure 5 d'une façon centrée sur l'axe central longitudinal 9 de l'interrupteur 1. De préférence, l'enveloppe étanche 4 présente une forme cylindrique de telle sorte que la chambre de coupure 5 délimitée vers l'extérieur par la paroi interne de l'enveloppe étanche 4 et vers l'intérieur par la paroi externe du tube 8 de support du contact mobile 3, est une chambre présentant une forme annulaire.
  • Il serait possible, sans sortir du cadre général de la présente invention, de concevoir un interrupteur 1 dont la chambre de coupure 5 aurait une forme différente d'une forme annulaire, par exemple une forme dont la section en coupe transversale serait carrée, et dans ce cas, le dispositif de refroidissement des gaz 14 pourrait avoir lui aussi une forme dont la section en coupe transversale serait carrée. D'autres formes pourraient également être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.
  • Le dispositif de refroidissement des gaz 14 est constitué par une pluralité d'anneaux 15, chaque anneau 15 se présentant sous la forme d'une rondelle sensiblement plane, c'est-à-dire que chaque anneau 15 présente un rebord externe circulaire 16 et un trou central limité par un rebord interne 17. Les anneaux 15 sont disposés de préférence parallèlement les uns aux autres et sont espacés les uns des autres d'une distance constante ou variable, de telle sorte que les anneaux 15 constituent entre eux une pluralité de passages annulaires 18 qui s'étendent sensiblement radialement par rapport à l'axe central longitudinal 9 de l'interrupteur 1. Les anneaux 15 peuvent être maintenus en place dans la position décrite précédemment à l'aide de pièces de support 19 qui permettent de relier les anneaux 15 à une pièce rigide 11 de l'interrupteur 1. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on a représenté seulement l'une de ces pièces de support 19, laquelle comporte une tige filetée dont l'extrémité de gauche est ancrée sur la pièce de raccordement 11 et qui s'étend sensiblement longitudinalement à l'intérieur de la chambre de coupure 5. Les anneaux 15 comportent des trous ménagés en correspondance avec les pièces support 19 et les anneaux 15 sont disposés d'une façon empilée sur les pièces support 19 qui traversent les trous des anneaux 15. Des entretoises 20 sont disposées entre chaque anneau 15 adjacent de façon à assurer l'écartement des anneaux 15 les uns avec les autres, cet écartement permettant de constituer les différents espaces annulaires 18 décrits précédemment.
  • Le fonctionnement du dispositif de refroidissement des gaz 14 est le suivant :
  • En référence à la figure 1, le dispositif de refroidissement des gaz 14 comporte un trou central présentant un diamètre plus grand que le diamètre externe du contact mobile 3. L'anneau 15A qui est situé le plus près du contact mobile 2 est disposé à une distance longitudinale relativement faible par rapport au contact fixe 2 et la distance entre son rebord interne 17 et le rebord externe du contact fixe 2 est indiquée sur la figure 1 par le repère D1. L'anneau 15B situé à l'opposé par rapport à l'anneau 15A est situé soit sensiblement au droit du contact mobile 3 lorsque celui-ci est en position d'ouverture, soit plus en arrière par rapport au contact mobile 3 lorsque celui-ci est en position d'ouverture, comme cela est représenté dans la partie inférieure de la figure 1. Dans ce dernier cas, lorsque le contact mobile est dans la position d'ouverture, l'un des anneaux 15 situé dans une position intermédiaire entre les anneaux d'extrémité 15A et 15B constitue l'anneau dont le rebord interne 17 est situé le plus proche du rebord externe du contact mobile 3 en position d'ouverture et la distance qui sépare ainsi ce rebord interne 17 et le rebord externe du contact mobile 3 définit une distance D2 qui est représentée sur la figure 1. Lorsque le contact mobile 3 est en position d'ouverture, la distance qui sépare le contact mobile 3 du contact fixe 2 est une distance C. De préférence, l'agencement du dispositif de refroidissement des gaz 14 dans la chambre de coupure 15 est choisi pour que la somme des distances D1 et D2 soit sensiblement égale ou supérieure à la distance C.
  • Lorsque le contact mobile 3 s'ouvre, il se produit un arc électrique tournant qui s'instaure sensiblement dans le plus court chemin entre le contact fixe 2 et le contact mobile 3, provoquant l'échauffement du gaz à l'intérieur de la chambre 5. Ce gaz de coupure passe radialement au travers des espaces radiaux 18 du dispositif de refroidissement des gaz 14, en étant efficacement refroidi au contact des anneaux 15. De préférence, la largeur des espaces annulaires 18, c'est-à-dire la distance qui sépare deux anneaux 15 consécutifs, est relativement faible, par exemple comprise entre 0,5 mm et 5 mm et le nombre des espaces annulaires 18 est relativement grand, par exemple compris entre 5 et 20. Le gaz de coupure est canalisé par les espaces annulaires 18 qui s'étendent sensiblement radialement par rapport à l'axe central longitudinal 9 et ce gaz est par conséquent à la fois énergiquement refroidi et amené à se déplacer radialement par rapport à la direction générale du chemin emprunté par l'arc électrique qui se forme entre le contact fixe 2 et le contact mobile 3. L'écoulement gazeux traverse radialement avec une grande vitesse l'arc électrique, et se déplace rapidement en formant une boucle à l'intérieur de la chambre de coupure 5, en ressortant par le trou central longitudinal du tube 8. Lorsque ce gaz de coupure traverse la pluralité d'espaces annulaires 18, il est énergiquement refroidi, ce qui amène les avantages suivants :
    • extinction rapide de l'arc électrique ;
    • échappement rapide de l'écoulement gazeux par le tube 8,
    • disparition des courants post-retablissement
  • Il est possible de fabriquer des interrupteurs haute tension à arc tournant pouvant fonctionner avec les pouvoirs de coupure dans la gamme 40 à 50 kA, sans augmenter l'encombrement ou l'énergie de commande.
  • La figure 2 représente une variante de réalisation du dispositif de refroidissement des gaz 14 selon la présente invention. Dans cette variante, les anneaux 15 sont plus épais, sont en nombre plus faible, par exemple trois, mais sont réalisés en un matériau métallique perméable au gaz, par exemple un matériau métallique poreux ou un matériau métallique constitué par des billes agglomérées ou par des particules frittées. Il résulte de cela que la surface de contact entre le gaz et le matériau métallique est nettement augmentée, ce qui augmente l'échange thermique entre le gaz et les anneaux 15 afin de refroidir plus efficacement le gaz.
  • La figure 3 représente une autre variante du dispositif de refroidissement des gaz 14. Dans cette autre variante, il est prévu autour de l'ensemble des anneaux 15 une pièce annulaire cylindrique 20 qui est espacée des rebords externes 16 des anneaux 15 et qui est réalisée en un matériau métallique poreux.
  • La figure 4 représente encore une autre variante de réalisation du dispositif de refroidissement des gaz 14 selon la présente invention. Les anneaux 15 présentent une forme générale de plaque plane, comme précédemment, mais comportent en outre des ondulations semblables pour chaque anneau qui ont pour conséquence que, lorsque les anneaux sont empilés, l'espace annulaire 18 situé entre chaque anneau adjacent est un espace qui constitue un trajet non rectiligne mais un trajet en zigzag du fait que cet espace constitue des chicanes. Ceci provoque une certaine turbulence dans le gaz qui traverse les espaces annulaires 18, ce qui augmente encore l'échange thermique entre le gaz et les anneaux 15 afin de refroidir d'une façon encore plus efficace le gaz.
  • Sur la variante de la figure 5, l'empilage de tôles ou d'anneaux 15 métalliques du dispositif de refroidissement 14 des gaz est fixé directement à la partie frontale 30 de la bobine 7 au moyen de boulons 32 (dont un est visible sur la figure 5). La bobine 7 est formée par une succession de spires 34 connectées en série, et assemblées l'une contre l'autre au moyen de vis 36, lesquelles s'étendent parallèlement aux boulons 32. La spire 34 supérieure de la bobine 7 est en contact avec une plage 37 d'amenée de courant raccordée à la borne supérieure 38 du disjoncteur. Dans l'exemple de la figure 5, les tôles 15 du dispositif de refroidissement des gaz sont isolées électriquement de la bobine 7 grâce à des moyens d'isolement comprenant notamment une douille 40 isolante traversée par chaque boulon 32. Selon une variante dépourvue de moyens d'isolement, les tôles 15 du dispositif de refroidissement se trouvent au potentiel de la bobine .
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits à titre d'exemple non limitatif. Par exemple, on peut prévoir que les anneaux 15 soient réalisés en un matériau métallique mais aussi en un matériau isolant. Dans le cas où les anneaux 15 sont en un matériau électriquement conducteur, on peut prévoir des fentes 30 (voir figure 1A) ménagées dans ces anneaux afin d'éviter ou de limiter l'apparition de courants de Foucault qui peuvent être induits dans les anneaux 15 par la présence de la bobine 7 du dispositif pour faire tourner l'arc 6.

Claims (9)

1. Interrupteur à arc tournant et isolé par un gaz isolant à rigidité diélectrique élevée, et comprenant :
- un contact fixe (2), et un contact mobile (3),
- une enveloppe étanche (4) remplie dudit gaz, et formant une chambre de coupure (5) entourant les contacts fixe et mobile,
- un dispositif (6) à bobine (7) pour faire tourner l'arc autour dudit contact fixe,
- et un moyen de refroidissement (14) disposé dans la chambre de coupure, et comportant une pluralité d'anneaux (15) plans ou tôles disposés sensiblement parallèlement entre eux et espacés les uns des autres de façon à constituer entre eux une succession d'espaces annulaires (18),
caractérisé en ce que des moyens de fixation solidarisent le moyen de refroidissement (14) à une pièce rigide de l'interrupteur, que chacun desdits anneaux (15) se présente sous la forme générale d'une plaque sensiblement plane et mince en forme de disque muni d'un trou central dont le diamètre est supérieur au plus grand diamètre externe du contact mobile (3), que les anneaux sont disposés de façon à entourer le contact mobile en étant sensiblement centrés sur l'axe central longitudinal (9) dudit interrupteur, et que la distance maximum (C) d'écartement entre les contacts fixe et mobile est égale ou inférieure à la somme de la distance minimum (D1) entre ledit moyen de refroidissement et le contact fixe et la distance minimum (D2) entre ledit moyen de refroidissement et le contact mobile complètement ouvert.
2. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement (14) est fixé à la partie frontale (30) de la bobine (7).
3 Interrupteur à arc tournant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce lesdits anneaux (15) sont réalisés dans des tôles sensiblement planes métalliques.
4. Interrupteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tôles (15) du moyen de refroidissement sont isolées électriquement de la bobine (7) par des moyens d'isolement comprenant une douille (40) isolante traversée par un boulon (32) de fixation.
5. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits anneaux (15) sont réalisés dans des tôles sensiblement planes isolantes.
6. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits anneaux (15) sont réalisés dans des plaques en un matériau poreux.
7. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce lesdits anneaux (15) sont réalisés dans des tôles sensiblement planes comportant des ondulations.
8. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il est prévu autour desdits anneaux une pièce cylindrique externe (20) située à une certaine distance des bords externes (16) des anneaux.
9. Interrupteur à arc tournant selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits anneaux métalliques (15) comprennent ou moins une fente radiale (30).
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