FR2944911A1

FR2944911A1 - Electric switch-disconnector for use in lines of medium and high voltage electric energy transmission, has fixing contact fixed in displacement direction by resistor, where value of resistor changes according to position of mobile contact

Info

Publication number: FR2944911A1
Application number: FR0952652A
Authority: FR
Inventors: Daniel Piccoz; Romain Maladen
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: Schneider Electric Energy France SAS
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2010-10-29
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: FR2944911B1

Abstract

The switch-disconnector has fixed contacts (1A, 1B) connected to electric conductors (12, 13). A mobile contact (2) has a length that is slightly greater than a distance separating the contacts, assembled to rotate on an axis of rotation located at middle distance of the fixed contacts. One of the fixed contacts in a circular movable displacement direction by an electric resistor (15) extends in arc of circle along the circumference defined by rotation of ends (21) from the mobile contact, where value of the resistor changes in a continuous way according to the position of the mobile contact.

Description

1 INTERRUPTEUR-SECTIONNEUR ELECTRIQUE ROTATIF DE MOYENNE ET HAUTE TENSION A RESISTANCE 1 RESIDENTIAL MEDIUM-VOLTAGE ROTARY ELECTRIC SWITCH-DISCONNECT SWITCH

DESCRIPTION Domaine de l'invention Field of the invention

L'invention concerne le domaine de la distribution du courant électrique sous moyenne et haute tension et, en particulier, les appareils interrupteurs-sectionneurs utilisés dans les lignes de transport de l'énergie électrique sous moyenne tension. The invention relates to the field of the distribution of the medium and high voltage electrical current and, in particular, the switch-disconnector devices used in the transmission lines of the medium-voltage electrical energy.

Art antérieur et problème posé A l'heure actuelle, il existe différents types d'interrupteurs-sectionneurs sur le marché. Ils se différencient, entre autres, par leur principe de coupure du courant électrique. PRIOR ART AND PROBLEM POSED At present, there are different types of switch-disconnectors on the market. They are differentiated, among other things, by their principle of breaking the electric current.

Un premier type d'interrupteur-sectionneur fonctionne dans un environnement d'hexafluorure de soufre SF6 où, le plus souvent, les fonctions de coupure ou de sectionnement du courant électrique sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts mobiles des contacts fixes, sur une distance suffisante pour assurer le sectionnement. De manière générale, les cellules dans lesquelles sont installés ces interrupteurs sont de faible largeur, par exemple 375 mm pour 24 kV. A first type of switch-disconnector operates in a sulfur hexafluoride SF6 environment where, most often, the functions of cutting or cutting the electric current are performed at the same time by the mechanical separation of the movable contacts of the fixed contacts, a sufficient distance to ensure sectioning. In general, the cells in which these switches are installed are of small width, for example 375 mm for 24 kV.

Une autre technologie consiste à opérer l'interruption du courant dans l'air ambiant. Là 2 encore, les fonctions de coupure ou de sectionnement du courant électrique sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts. Dans cette technologie, les cellules dans lesquelles sont installés ces interrupteurs ont une grande largeur, par exemple 600 à 700 mm pour 24 kV. Une autre technique consiste à opérer la coupure et le sectionnement du courant électrique dans le vide, par exemple au moyen d'une ampoule à vide mise en série avec un sectionneur placé sur la ligne de transmission du courant électrique. Cette solution s'avère coûteuse est n'est pas très utilisée. Une autre technologie consiste à opérer la coupure du courant électrique dans de l'huile. C'est le cas des appareils d'anciennes générations. D'autres technologies consistent à opérer le sectionnement du courant électrique dans d'autres gaz, tels que le N2, CO2. Les fonctions de coupure du courant sont réalisées en même temps par la séparation mécanique des contacts. On note que ces appareils ont un impact sur l'effet de serre bien plus faible que ceux fonctionnant avec le SF6. Toutefois, ces différentes technologies présentent des inconvénients. Another technology is to interrupt the current in the ambient air. Again, the functions of breaking or sectioning of the electric current are performed at the same time by the mechanical separation of the contacts. In this technology, the cells in which these switches are installed have a large width, for example 600 to 700 mm for 24 kV. Another technique is to cut and disconnect the electric current in the vacuum, for example by means of a vacuum interrupter placed in series with a disconnector placed on the transmission line of the electric current. This solution is expensive and is not widely used. Another technology is to cut the electric current in oil. This is the case of older generation devices. Other technologies consist of cutting off the electric current in other gases, such as N2, CO2. The current breaking functions are performed at the same time by the mechanical separation of the contacts. These devices have a much lower impact on the greenhouse effect than those with SF6. However, these different technologies have disadvantages.

Les interrupteurs-sectionneurs fonctionnant dans le SF6, à moyenne tension, peuvent couper des courants électriques de l'ordre de 600 à 800 ampères. Au-delà de 800 ampères et notamment pour la valeur de 1 250 ampères, les interrupteurs réalisés ont des coûts très supérieurs aux autres interrupteurs-sectionneurs. 3 Les cellules de coupure de courant électrique fonctionnant dans l'air sont de grandes dimensions et présentent généralement des performances en coupure inférieures à celles que l'on obtient avec des appareils fonctionnant dans le SF6. D'autre part, les cellules comprenant un interrupteur et un sectionneur sans gaz SF6 coûtent aujourd'hui 30% pour plus chères que celles équivalentes, mais fonctionnant avec le gaz SF6. Medium-voltage SF6 switch-disconnectors can cut electrical currents in the range of 600 to 800 amperes. Above 800 amperes and especially for the value of 1250 amps, the switches made have costs much higher than other switch disconnectors. 3 The electric power cut-off cells operating in the air are large and generally have lower cut-off performances than those obtained with devices operating in SF6. On the other hand, the cells comprising a switch and a disconnector without SF6 gas today cost 30% for more expensive than those equivalent, but operating with SF6 gas.

Toutefois, elles sont toujours à l'ordre du jour, compte tenu de la prise de conscience de l'impact du gaz SF6 sur le réchauffement climatique du globe terrestre. Beaucoup d'investigations ont été menées par différents constructeurs pour remplacer le SF6 par un gaz ayant un faible impact sur l'effet de serre. Les résultats ne sont, pour l'instant, guère probants, car il s'avère plus que difficile de couper un courant d'intensité supérieure à 400 Ampères, notamment lorsque le courant est inductif ou capacitif, c'est-à-dire avec un facteur de puissance proche de 0, mise à part l'utilisation récente du CF3I, c'est-à-dire le trifluoroiodométhane. Quel que soit le type de technologie utilisé, avec ou sans gaz ou bien dans le vide, la coupure du courant nominal se fait toujours par séparation des contacts sans que l'on cherche, par un quelconque procédé, lors de la phase d'ouverture des contacts, à réduire la valeur de l'intensité du courant et augmenter la valeur du facteur de puissance. En 4 effet, on coupe plus facilement un courant en phase avec la tension. En outre, dans le domaine des installations du même type mais adaptées au traitement de la basse tension, et pour des applications très spécifiques, comme la fermeture sur un banc de condensateurs où l'intensité du courant peut être très élevée, il est connu d'insérer dans les circuits une résistance qui a pour objectif de diminuer la valeur de crête de courant. A cet effet, on cite le document de brevet européen EP 1 973 133 dans lequel un élément résistif 646 est inséré au milieu de la tige centrale 642 du contact fixe. Le but de l'invention est de proposer une autre technologie d'interrupteur de courant à moyenne et haute tension utilisant une ou plusieurs résistances, pouvant fonctionner à la fois dans le gaz SF6 et sans l'utilisation de celui-ci, sans présenter un coût de fabrication élevé et ayant un faible impact sur l'effet de serre. However, they are still on the agenda, given the awareness of the impact of SF6 gas on the global warming of the Earth. Many investigations have been conducted by different manufacturers to replace SF6 with a gas with a low impact on the greenhouse effect. The results are, for the moment, hardly convincing, because it proves more than difficult to cut a current of intensity higher than 400 Amperes, in particular when the current is inductive or capacitive, that is to say with a power factor close to 0, apart from the recent use of CF3I, that is to say trifluoroiodomethane. Whatever the type of technology used, with or without gas or in a vacuum, the cut-off of the nominal current is always done by separating the contacts without any attempt being made, by any method, during the opening phase. contacts, reduce the value of the current and increase the value of the power factor. In fact, it is easier to cut a current in phase with the voltage. Furthermore, in the field of installations of the same type but adapted to the treatment of low voltage, and for very specific applications, such as closing on a bank of capacitors where the intensity of the current can be very high, it is known to insert into the circuits a resistor which aims to reduce the peak current value. For this purpose, reference is made to European patent document EP 1 973 133 in which a resistive element 646 is inserted in the middle of the central rod 642 of the fixed contact. The object of the invention is to propose another medium and high voltage current switch technology using one or more resistors, which can operate both in the SF6 gas and without the use thereof, without presenting a high manufacturing cost and low impact on the greenhouse effect.

Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un interrupteur-sectionneur électrique de moyenne tension et haute tensions, par séparation mécanique des contacts électriques, l'interrupteur- sectionneur comprenant : au moins un contact fixe relié à un 30 conducteur électrique ; et un contact mobile selon une direction déterminée, pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant électrique par deux positions respectives, une première position de passage de 5 courant dans laquelle le contact mobile est mis en contact avec le au moins un contact fixe et une deuxième position de coupure de courant, décalée par rapport à la position de passage de courant et dans laquelle le contact mobile est écarté du contact fixe, - au moins une résistance en série dans le circuit électrique de l'ensemble de l'interrupteur-sectionneur, pour dissiper une partie de la puissance électrique pendant les opérations d'ouverture et de fermeture. Selon l'invention : - les contacts fixes sont au nombre de deux et sont espacés l'un de l'autre ; - le contact mobile, de longueur très légèrement supérieure à la distance séparant les deux 20 contacts fixes est monté rotatif sur un axe de rotation situé à mi-distance des deux contacts fixes pour pouvoir assurer le passage et la coupure du courant par les positions respectives, la première position de passage d'un courant dans laquelle le contact mobile 25 est en contact, par chacune de ses extrémités, avec un contact fixe, et la deuxième position de coupure de courant, décalée angulairement par rapport à la position de passage de courant, et dans laquelle les extrémités du contact mobile sont écartées des contacts 30 fixes, et 15 6 - un premier type de contact parmi les deux contacts fixes ou mobile est complété, dans la direction circulaire, par deux résistances électriques qui s'étendent en arc de cercle le long de la circonférence définie par la rotation des deux extrémités du contact mobile, résistance dont la valeur évolue de manière continue en fonction de la position des contacts mobiles. Dans une première réalisation principale de l'invention, chaque résistance est fixée à un contact fixe. Dans la deuxième réalisation principale de l'invention, chaque résistance est fixée à une extrémité du contact mobile tournant. SUMMARY OF THE INVENTION For this purpose, the main object of the invention is an electrical switch-disconnector of medium voltage and high voltages, by mechanical separation of the electrical contacts, the switch-disconnector comprising: at least one fixed contact connected an electrical conductor; and a movable contact in a determined direction, to be able to ensure the passage and the breaking of the electric current by two respective positions, a first current-passing position in which the movable contact is brought into contact with the at least one fixed contact and a second current-breaking position, shifted with respect to the current-carrying position and in which the moving contact is separated from the fixed contact, - at least one series-resistance in the electrical circuit of the whole of the switch- disconnector, to dissipate some of the electrical power during the opening and closing operations. According to the invention: - the fixed contacts are two in number and are spaced apart from each other; the movable contact, whose length is slightly greater than the distance separating the two fixed contacts, is rotatably mounted on an axis of rotation located halfway between the two fixed contacts in order to be able to ensure the passage and the breaking of the current by the respective positions. , the first passage position of a current in which the movable contact 25 is in contact, at each of its ends, with a fixed contact, and the second current-breaking position, angularly offset relative to the passage position of current, and in which the ends of the movable contact are spaced apart from the fixed contacts, and 6 - a first type of contact among the two fixed or movable contacts is completed, in the circular direction, by two electrical resistors which extend arc of circle along the circumference defined by the rotation of the two ends of the moving contact, resistance whose value evolves continuously e n function of the position of the moving contacts. In a first main embodiment of the invention, each resistor is fixed to a fixed contact. In the second main embodiment of the invention, each resistor is attached to one end of the rotating moving contact.

Selon l'invention, on prévoit que l'interrupteur-sectionneur comprenne une enveloppe isolante et étanche à l'intérieur de laquelle est placé le contact mobile et à travers laquelle débouchent les contacts fixes. According to the invention, it is provided that the switch-disconnector comprises an insulating and sealed envelope inside which is placed the movable contact and through which open the fixed contacts.

Une première variante de l'invention consiste à remplir l'enveloppe isolante par de l'hexafluorure de soufre (SF6). Une deuxième variante de l'invention consiste à remplir l'enveloppe isolante et étanche d'un autre gaz isolant, par exemple du dioxyde de carbone (CO2) A first variant of the invention consists in filling the insulating envelope with sulfur hexafluoride (SF6). A second variant of the invention consists in filling the insulating and waterproof envelope with another insulating gas, for example carbon dioxide (CO2).

Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la 7 lecture de la description suivante qui est accompagnée de deux figures représentant respectivement : - figure 1, la première réalisation de l'interrupteur-sectionneur selon l'invention, et - figure 2, la deuxième réalisation de l'interrupteur-sectionneur selon l'invention. List of Figures The invention and its various technical features will be better understood on reading the following description which is accompanied by two figures respectively representing: FIG. 1, the first embodiment of the switch-disconnector according to the invention, and - Figure 2, the second embodiment of the switch-disconnector according to the invention.

Description détaillée de deux réalisations de l'invention En référence à la figure 1, on distingue principalement une enveloppe isolante et étanche 14 sur le bord de laquelle se trouvent, diamétralement opposés, deux contacts fixes 1A et 1B et à l'intérieur de laquelle se trouve, monté pivotant autour d'un axe A de façon concentrique à l'enveloppe isolante et étanche 14, un contact mobile 2. Celui-ci se présente sous la forme d'une tige de la longueur très légèrement inférieure au diamètre intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14, et dont les extrémités 21 peuvent venir en contact simultanément sur les extrémités 17 des contacts 1A et 1B débouchant à l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14. On précise que l'enveloppe isolante et étanche 14 est, de préférence, remplie d'un gaz assurant les fonctions d'isolation et de coupure. On pense, en particulier, au dioxyde de carbone. L'arrivée du courant électrique est symbolisée par une première flèche 12, appliquée à un 30 premier contact fixe 1A et la sortie est schématisée 8 par une deuxième flèche 13 sortant de l'autre contact fixe 1B, diamétralement opposé au premier 1A. L'invention prévoit de placer, dans cette première réalisation, à côté des extrémités 17 de contact 1 une résistance 15 qui arbore le profil d'un arc de cercle puisqu'il est fixé sur la paroi interne de l'enveloppe isolante et étanche 14. La longueur, le long de l'arc de cercle, de cette résistance 15 est fonction de l'intensité et/ou de la tension et/ou de la puissance que l'on désire couper ou établir. Lorsque l'interrupteur-sectionneur est fermé, le courant passe du contact supérieur 1A au contact inférieur 1B par l'intermédiaire du contact mobile 2, et en particulier de ces deux extrémités 21. Detailed description of two embodiments of the invention With reference to FIG. 1, there is mainly an insulating and sealed envelope 14 on the edge of which two diametrically opposite contacts are located, two fixed contacts 1A and 1B and inside which is found pivotally mounted about an axis A concentrically to the insulating and sealed casing 14, a movable contact 2. This is in the form of a rod of length very slightly less than the inner diameter of the insulating and sealed envelope 14, and whose ends 21 can come into contact simultaneously on the ends 17 of the contacts 1A and 1B opening inside the insulating and sealing envelope 14. It is specified that the insulating and waterproof envelope 14 is preferably filled with a gas providing the functions of isolation and cutting. In particular, we think of carbon dioxide. The arrival of the electric current is symbolized by a first arrow 12, applied to a first fixed contact 1A and the output is shown schematically by a second arrow 13 out of the other fixed contact 1B, diametrically opposite the first 1A. The invention provides for placing in this first embodiment, beside the contact ends 17, a resistor 15 which bears the profile of a circular arc since it is fixed on the inner wall of the insulating and sealing envelope 14 The length along the arc of this resistor 15 is a function of the intensity and / or voltage and / or power desired to be cut or set. When the switch-disconnector is closed, the current passes from the upper contact 1A to the lower contact 1B via the movable contact 2, and in particular of these two ends 21.

Ces dernières sont généralement en cuivre ou en alliage cuivreux. La résistance de l'interrupteur-sectionneur est faible, c'est-à-dire de quelques dizaines de micro-ohms. Il n'y a donc pas d'échauffement excessif supérieur aux valeurs dictées par les normes, pour le courant nominal. Lorsqu'un ordre d'ouverture est donné, le contact mobile 2 tourne et ses extrémités 21 quittent les extrémités 17 des contacts fixes 1A et 1B. Ensuite, ces extrémités 21 du contact mobile 2 glissent ou frottent chacune contre une des deux résistances 15 pendant quelques millisecondes avant de se séparer de celles-ci, jusqu'à une position de coupure suffisamment éloignée de la position de passage de courant évoquée précédemment, afin d'assurer une situation diélectrique suffisante. 9 En référence à la figure 2, l'interrupteur-sectionneur s'apparente à celui précédemment décrit. La différence est que les résistances 15 qui sont fixes sur la première réalisation représentée par la figure 1 sont remplacées par des résistances 35 équivalentes, mais placées chacune à l'extrémité 31 du contact mobile 3 qui est monté tournant, de la même manière que celui précédemment décrit. On comprend que, dans une position de passage du courant, chaque résistance 35 est en contact avec une extrémité 17 d'un contact fixe 1A ou 1B. La résistance du circuit est alors égale à 0 ohms. Lors de la rotation du contact mobile 3, la résistance de l'ensemble augmente pendant quelques millisecondes, puis la coupure du courant est effectuée, le contact mobile 3 arrivant dans une position de coupure de courant, telle que représentée sur cette figure 2. On améliore le fonctionnement de ces deux interrupteurs-sectionneurs en remplissant l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14 de dioxyde carbonique CO2. Toutefois, il est envisagé d'utiliser cette technologie avec du SF6 à l'intérieur de l'enveloppe isolante et étanche 14. These are usually copper or copper alloy. The resistance of the switch-disconnector is low, that is to say a few tens of micro-ohms. There is therefore no excessive heating above the values dictated by the standards, for the nominal current. When an opening command is given, the moving contact 2 rotates and its ends 21 leave the ends 17 of the fixed contacts 1A and 1B. Then, these ends 21 of the movable contact 2 slide or rub against one of the two resistors 15 for a few milliseconds before separating from them, to a cutoff position sufficiently far removed from the current crossing position mentioned above, to ensure a sufficient dielectric situation. Referring to Figure 2, the switch-disconnector is similar to that previously described. The difference is that the resistors 15 which are fixed on the first embodiment represented by FIG. 1 are replaced by equivalent resistances 35, but each placed at the end 31 of the movable contact 3 which is rotatably mounted, in the same way as the one previously described. It is understood that, in a current flow position, each resistor 35 is in contact with an end 17 of a fixed contact 1A or 1B. The resistance of the circuit is then equal to 0 ohms. During the rotation of the movable contact 3, the resistance of the assembly increases for a few milliseconds, then the current is cut off, the movable contact 3 arriving in a current-breaking position, as shown in this FIG. improves the operation of these two switch-disconnectors by filling the inside of the insulating and sealed envelope 14 of carbon dioxide CO2. However, it is envisaged to use this technology with SF6 inside the insulating and waterproof envelope 14.

Les avantages principaux de ces deux réalisations sont que les dispositifs proposés ont des performances améliorées en coupure et fermeture sur court-circuit. L'utilisation du CO2r dioxyde de carbone, ou d'un autre gaz isolant permet de supprimer l'utilisation du SF6. The main advantages of these two embodiments are that the proposed devices have improved performance in cut and close on short circuit. The use of CO2r carbon dioxide, or other insulating gas, eliminates the use of SF6.

Claims

REVENDICATIONS1. Medium and high voltage electrical switch-disconnector by mechanical separation of electrical contacts comprising: - at least one fixed contact (1A, 1B) connected to an electrical conductor (12, 13); and a movable contact (2, 3) in a determined direction to be able to ensure the passage and the breaking of the current by two respective positions, a first current-passing position in which the movable contact (2, 3) is in contact with the at least one fixed contact (1A, 1B) and a second current-breaking position offset from the current-carrying position and in which the moving contact (2, 3) is moved away from the fixed contact (1A, 1B), - at least one resistor (15, 35), placed in series in the electrical circuit of the assembly to dissipate a part of the electrical power during the opening and closing operations, characterized in that - the fixed contacts (1A , 1B) are two in number, spaced from each other; - The movable contact (2, 3), of a length slightly greater than the distance separating the two fixed contacts (1A, 1B) is rotatably mounted on an axis of rotation (A) located halfway between the two fixed contacts (1A , 1B) to be able to ensure the passage and the breaking of the current by the two respective positions, the first current passage position 11 in which the movable contact (2, 3) is in contact by each of its ends (21, 31). with a fixed contact (1A, 1B) and the second current-breaking position, angularly offset with respect to the current-carrying position and in which the ends of the movable contact (21, 31) are spaced apart from the fixed contacts (1A, 1B); a first type of contact of the two types of fixed or mobile contacts is completed, in the circular direction of movement of the mobile by the at least one electrical resistor (15, 35) extending in an arc of a circle along the circumference defined by the rotation of the two ends (21, 31) of the movable contact (2, 3), a resistance whose value evolves continuously according to the position of the movable contacts.

2. Electrical switch-disconnector according to claim 1, characterized in that each resistor (15) is fixed to each fixed contact (1A, 1B).

3. Electrical switch-disconnector according to claim 1, characterized in that each resistor (35) is fixed to each end (31) of the movable contact (3).

4. Electrical switch-disconnector according to claim 1, characterized in that it comprises an insulating and sealed envelope (14) inside which is mounted the movable contact (2, 12 3), being traversed by the two contacts. fixed (1A, 1B), this insulating and sealed envelope (14) being filled with another gas providing the function of isolation and cutoff.

5. Switch-disconnector according to claim 4, characterized in that the gas is carbon dioxide (CO2).

6. Electrical switch-disconnector according to claim 1, characterized in that it comprises an insulating and sealed envelope (14) inside which is mounted the movable contact (2, 3), being traversed by the fixed contacts ( 1A, 1B) and being filled with sulfur hexafluoride (SF6) 10