Brevet FR2027669A1 — publié le 19701002

La présente invention a trait aux interrupteurs de circuits électriques et, en particulier, à un interrupteur de circuit électrique du type comprenant un transformateur de courant disposé de manière s fournir une mesure du courant tra-5 versant l'interrupteur de circuit. Certains types d'interrupteurs de circuit comprennent des contacts mobile et fixe connectés respectivement f un premier et è un second conducteur électrique espacés formant barres omnibus, le transformateur de courant étant disposé de manière 10 à donner une mesure du courant traversant l'interrupteur de circuit afin de produire des signaux destinés s un appareil I relais de protection contre les surintensités. On sait que ces interrupteurs de circuit ont certains inconvénients qui concernent leurs dimensions par rapport s celles du boîtier ou de 15 l'habillage de l'appareil de coupure dans lequel l'interrupteur de circuit est normalement monté. Des essais ont été faits récemment pour éviter cet inconvénient au moyen de structures de base isolantes pour interrupteurs de circuit qui permettent de monter un transformateur de courant sur l'interrupteur sans augmenter 20 ses dimensions générales. Les constructions compactes destinées â contenir les contacts fixes et mobile, leurs barres omnibus et leurs bornes électriques, ainsi que le transformateur de courant, ne laissent cependant pas la place è un transformateur de courant du type 25 torique classique. On utilise plutôt une structure rectangulaire è noyau magnétique, l'espace disponible exigeant que les enroulements ne soient disposés que sur deux branches seulement du noyau rectangulaire. Le noyau magnétique doit être orienté de manière que l'une des branches restantes qui devrait normalement 30 porter aissi un enroulement dans un transformateur de courant classique, soit disposée entre le premier et le second conducteur espacés et connectés aux contacts fixe et mobile. Bien que cet agencement soit satisfaisant du point de vue de l'espace général, la structure compacte et le type de transformateur de courant 35 qu'elle exige, conduisent à des imprécisions dans le rapnort du transformateur de courant dû aux champs magnétiques parasites, ces imprécisions dépassant les limites tolérables. Le transforma 69 45695 2 2027669 teur de courant procure des signaux destinés p des relais de protection contre les surintensités, ces relais étant du type électromécanique ou p. semi-conducteurs, ainsi qu'à des détecteurs de mises à la terre qui, pour fonctionner convenablement, exigent 5 que le rapport du transformateur de courant reste précis jusqu'à un courant douze fois égal ^u courant nominal. De plus, une indication précise du courant de mise ? la terre doit être donnée pour des valeurs allant jusqu'à six fois le courant normal ou nominal. 10 II serait donc souhaitable de réaliser un interrupteur de circuit nouveau et perfectionné du type comprenant un transformateur de courant, qui puisse tirer profit d'une nouvelle structure pour réduire ses dimensions générales sans altérer la précision du rapport de transformateur de courant lorsque 1$ son courant primaire est porté ê une valeur jusqu'p douze fois supérieures à la valeur normale ou nominale du courant du circuit è protéger. Suivant l'invention, un interrupteur de circuit comprend un premier et un second conducteurs espacés propres à être con-20 nectés â un premier et un second contact correspondants respectivement et un transformateur de courant comprenant un noyau magnétique propre â encercler le premier conducteur, un enroulement électrique disposé autour du noyau et un blindage disposé entre le noyau magnétique et le second conducteur,, 25 L'invention sera décrite ci-après, ê titre d'exemple, avec référence au dessin annexé, dans lequel ï - la figure 1 est une vue schématique d'un appareil interrupteur de circuit électrique ; - la figure 2 est une vue fonctionnelle d'un interrup-30 teur de circuit triphasé, montrant les lignes de flux ; - la figure 3 est un graphique du courant secondaire d'un transformateur monté sur un interrupteur de circuit en regard du courant primaire divisé par le rapport des spires du transformateur de courant, pour un transformateur de courant 35 idéal, un transformateur de courant conforme â l'invention et un transformateur de courant de type connu % - la figure k est une vue en élévation d'un interrup- 69 45695 î 2027669 teur de circuit ; et - la figure 5 e st une vue en élévation d'extrémité, en partie en coupe, d'un interrupteur de circuit représenté sur la figure k. 5 La figure 1 montre un interrupteur de circuit 10 con necté aux conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3 d'un système ou circuit électrique de puissance. L'interrupteur de circuit 10 isole une partie du système électrique lorsque celui-ci est soumis à des conditions 10 anormales ou des conditions de défaut, par exemple, à des surintensités électriques. L'interrupteur de circuit 10 comprend plusieurs contacts de ligne séparables 12, llj. et 16 qui sont fermés lorsque l'interrupteur de circuit est fermé et ouvert lorsque l'interrupteur de circuit est ouvert et comprend une 15 bobine de déclenchement 18 qui, lorsqu'elle est excitée au moment où l'interrupteur de circuit 10 est fermé, déclenche l'interrupteur de circuit, ouvrant ses contacts 12, 1I(. et 16. L'excitation de la bobine de déclenchement 18 peut en effet actionner un élément 20 afin de libérer un loquet 22 pour ouvrir les contacts 20 12, lij. et 16 sous l'action d'un élément de sollicitation approprié, tel qu'un ressort La bobine de déclenchement 18 de l'interrupteur de circuit 10 est connectée de manière à être sensible au dispositif de protection 26 qui est, à son tour, sensible au c ourant pas-25 sant dans les conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3. Le dispositif de protection 26 est sensible au courant passant dans chaque conducteur 'alimentation et excite la bobine de déclenchement 18 lorsque le courant d'alimentation ou de ligne maximum dépasse une valeur prédéterminée. 30 Afin d'obtenir plusieurs courants de sortie qui soient directement proportionnels aux courants présents dans les conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3, plusieurs transformateurs de courant 28, 30 et 32 sont pr^évus, comme indiqué sur la figure 1, et leurs primaires, qui peuvent être les conducteurs 35 d'alimentation eux-mêmes, sont excités selon les courants de ligne présents dans les conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3 respectivement. Les secondaires 3k-* 36 et 38 des transformateurs 69 45695 k 2027669 de courant 28, 30 et 32 respectivement sont connectés en Y entre un conducteur neutre I4.0 et les bornes de sortie i|.2t i(i|. et lf.6 des enroulements 3U-» 36 et 3® respectivement® Afin d'abaisser davantage les courants de sortie des transformateurs 28, 30 et 5 32, des transformateurs intermédiaires lj.8, 50 et 52 peuvent fctre connectés entre les secondaires 3k» 36 et 38 et les bornes d'entrée du dispositif de protection 26. D'une manière plus spécifique, les primaires ij.9» 51 et 53 des transformateurs ij.8, 50 et 52 respectivement sont connectés en Y entre les bornes de sortie 10 lj.2, l|ij. et i|.6 des transformateurs de courant 28, 30 et 32 respectivement et un conducteur neutre 5k» le conducteur neutre 5k étant connecté au conducteur neutre 1^0 des transformateurs de courant 3k» 36 et 38. Les conducteurs neutres 5k et 1|.0 peuvent être connectés l'un â l'autre, comme indiqué au dessin, par 15 l'intermédiaire du primaire 55 d'un transformateur de courant de mise à la terre 56, lorsqu'une protection par déclenchement contre les courants de mise è la terre est souhaitable. Lorsqu' une protection par déclenchement contre les courants de mise â la terre n'est pas nécessaire, les conducteurs neutres 1|.0 et 5k 20 sont connectés directement l'un â l'autre. Les secondaires des transformateurs intermédiaires ij.8,. 50 et 52, sont connectés aux bornes d'entrée 66 et 68, 70 et 72, 7^ et 76 respectivement du dispositif de protection 26 pour procurer trois courants de sortie qui sont proportionnels aux courants de ligne dans les 25 conducteurs d'alimentation L1, L2 et L3 du système électrique. Le secondaire 6i|. du transformateur détecteur dés courants de mise â la terre 56 est connecté aux bornes d'entrée 78 et 80 du dispositif de protection 26. Le dispositif de protection 26 exige une mesure pré-30 cise des courants de ligne jusqu'à des valeurs égales è douze fois celles du courant de ligne normal ou nominal afin d'exécuter convenablement les fonctions requisesp La tendance à la réalisation de dispositifs interrupteurs de circuit plus compacts, a rapproché les conducteurs ou les barres omnibus connectés aux 35 contacts mobile et fixe de l'interrupteur de circuit les uns des autres et a réduit l'espace disponible pour le transformateur de courant qui produit des signaux sensibles aux courants de ligne 69 45695 2027669 Le transformateur de courant du type torique classique présentant un enroulement uniformément réparti ne peut donc pas être utilisé en raison des limitations de dimensions. La figure 2 est une vue fonctionnelle d'un interrupteur 5 de circuit triphasé 90 comportant trois sections semblables 92, 9i|- et 96 pour interrompre les trois phases du système électrique. Comme chaque section de l'interrupteur de circuit 90 est de construction semblable, seule la section 92 sera décrite en détail La section 92 de l'interrupteur de circuit 90 illustre les con-10 ducteurs ou barres omnibus espacés 98 et 100 qui connectent ses contacts fixe et mobile aux conducteurs de ligne ou d'alimentation, ainsi que la construction générale d'untransformateur de courant 102 du type nécessaire pour pouvoir réduire les dimensions générales de l'interrupteur de circuit 90. 15 Le transformateur de courant 102 comprend un noyau magnétique en substance rectangulaire 10I4. comportant des branches à enroulements 108 et 112 et des culasses 106 et 110 qui délimitent une ouverture ou une fenêtre 11ij. traversée par le conducteur 100. Des enroulements électriques 116 et 118 sont dis-20 posés sur les branches à enroulements 112 et 108 respectivement qui sont interconnectées pour constituer le secondaire du transformateur de courant 102. Bien que les enroulements 116 et 118 puissent être conçus pour être connectés en série ou en parallèle, on obtient des résultats plus précis lorsqu'ils sont con-25 nectés en parallèle. Le primaire est la barre omnibus ou le conducteur 100. La structure du transformateur de courant 102 se prête parfaitement au nouveau type compact d'interrupteur de circuit, deux de ses branches 106 et 108 ne portant pas d'enroulement. 30 Ces branches peuvent, par conséquent, être appelées culasses au lieu de branches. Cependant, lorsque l'on éprouve des transformateurs de courant de ce type, bien que montés sur ces nouveaux interrupteurs de circuit, on constate qu'ils sont peu précis à des valeurs de courant comprises entre cinq et douze fois le 35 courant de ligne ou d'alimentation normal. La figure 3 est un graphique du courant secondaire d'un transformateur de courant en regard du courant primaire divisé 69 45695 é 2027669 par le rapport des spires. Dans un transformateur de courant idéal, on devrait obtenir une ligne droite qui bissecte les ordonnées et les abscisses et qui e st indiquée par la ligne 120» Lorsque l'on éprouve un transformateur de courant présentant un 5 rapport de 1600 â 5, construit d'une manière analogue au transformateur de courant 102 représenté sur la figure 2 et monté sur un interrupteur de circuit, le courant secondaire commence è devenir non linéaire I une valeur environ cinq fois supérieure au courant nominal ou normal, comme indiqué par la courbe 122, 10 De plus, â un courant douze fois supérieur au courant normal ou nominal, le courant secondaire n'atteint qu'environ 60$ de sa valeur réelle. De plus, lorsque les transformateurs de courant sont connectés dans un système tel que représenté sur la figure 1 ils indiquent un courant de mise â la terre égal è 1,5 è 2 fois 15 le courant continu nominal au moment où aucun courant de mise à la terre n'est détecté. Un transformateur de courant placé près d'une barre omnibus à forte intensité électrique est défavorablement affecté. L'article intitulé "The Accuracy Of Current Transformera 20 Adjacent to High Current Busses" par R. A. Pfuntner, dans AIEE Transactions, vol. 7, 1656, 1951, donne une analyse théorique de l'effet que des barres omnibus è forte intensité adjacentes produisent sur la précision ces transformateurs de courant. La précision du type de construction 4e transformateur 25 de courant représenté sur la figure 2 est encore davantage affectée défavorablement que celle des transformateurs de courant de type classique, par exemple les transformateurs du type torique ou du type rectangulaire dans lesquels les quatre branch©-s portent des enroulements secondaires. La présence d'un enroule-30 ment disposé uniformément autour du noyau magnétique produit des flux contraires qui s'opposent au flux de fuite de la barre omnibus adjacente et réduit l'erreur due à ces flux de fuite. Avec la construction de transformateur de courant représentée sur la figure 2, le flux 130 qui encercle la barre omnibus 98 35 pénètre dans la branche ou la culasse 106 du noyau magnétique 10I4. et assiste toujours le flux produit dans la noyau IOI4. quel que soit le sens du courant alternatif, car le sens du courant 69 45695 Y 2027669 instantané dans une des barres omnibus est toujours opposé ai sens du courant instantané dans l'autre des barres omnibus. La culasse 106 est donc rapidement saturée, ce qui réduit le flux circulant dans le noyau et ainsi la puissance de sortie secon-5 daire. De plus, la déformation du courant secondaire qui en résulte fournit une fausse indication du courant de mise â la terre Dans une tentative visant à empêcher la saturation, on augmente la section de la culasse ou de la branche 106 qui se sature, mais cette mesure n'a pas eu de succès. Un blindage en 10 cuivre disposé entre la culasse 106 et la barre omnibus 98 n'a pas eu plus de succès. De plus, une tentative visant â éliminer l'indication fausse du courant de mise â la terre à l'aide d'un enroulement tertiaire mis en court-circuit a également échoué. Les figures Ij. et 5 sont des vues en élévation d'un in-15 terrupteur de circuit II4.0 dans lequel on obtient des lectures précises du transformateur de courant allant jusqu'à douze fois le courant nominal du circuit protégé. Comme les interrupteurs de circuit prévus pour chaque phase d'un système électrique triphasé sont semblables on n'a représenté qu'un seul interrupteur 20 de circuit sur les figures Ij. et 5. En général, l'interrupteur de circuit 1lj.O peut être du type débrochable et est monté sur un chôssis approprié muni de roues qui permettent d'introduire l'interrupteur dans une cellule de l'appareil de coupure ou de la retirer de celle-ci, ces déplacements ayant respectivement pour 25 effet de brancher ou de débrancher l'interrupteur de circuit 1ij.O par rapport au circuit électrique s protéger. L'interrupteur de circuit 1ij-0 comprend une plaque isolante 1^2, un porte-contacts fixe 1^4, un porte-contacts mobile ou d'interruption 1ij.6 présentant un contact principal et un pare-étincelles, un support 30 de pivotement 1l|.8 pour le porte-contact mobile et un transformateur de courant 150. Le porte-contacts fixe Hji]. est supporté rigidement sur la plaque isolante 1i|.2 et il comprend des contacts fixes 152 et une barre omnibus ou un conducteur 15k qui traverse une ou-35 verture ménagée dans la plaque isolante 1^2. L'extrémité extérieure de la barre omnibus 15k comprend des moyens destinés à recevoir un porte-contacts du type de déconnexion propre â atta 69 45695 8 2027669 quer un conducteur dans la cellule correspondante de l'appareil de coupure. Le support de pivotement 1lj-8 est également fixé rigidement sur la plaque isolante II4.2 et un conducteur ou une barre 5 omnibus 156 traverse une ouverture ménagée dans cette plaque isolante II4.2. L'extrémité externe de la barre omnibus 156 comprend des moyens destinés è recevoir un porte-contacts du type de décon* nexion propre â attaquer un autre conducteur situé dans la cellule correspondante de l'appareil de coupure. Le bras porte-10 contacts mobile II4.6 est articulé sur le support de pivotement Uj.8 et comprend des contacts principaux 158 destinés â attaquer les contacts fixes 152. Les contacts fixe et mobile 152 et 158 sont connectés aux conducteurs ou barres omnibus I5ij- et 156, respectivement, 15 qui s'étendent vers l'extérieur è partir de la plaque isolante %2 â une distance prédéterminée l'un de l'autre. Les barres omnibus 15Î|. et 156 sont disposées sur un axe vertical commun passant par chaque barre omnibus. L'espace disponible autour de l'un ou l'autre des con-20 ducteurs I5i+ ou 156 est insuffisant pour monter un transformateur de courant du type torique ou même un transformateur de courant du type rectangulaire qui comporte des enroulements sur ses quatre branches. Afin de se loger dans l'espace qui lui est destiné, le transformateur de courant 150 est du type rectangulaire, mais 25 il comporte des enroulements sur deux de ses branches seulement et il est disposé autour du conducteur 156. D'une manière plus spécifique, le transformateur de courant 150 comprend un noyau magnétique en substance rectangulaire 160 du type p empilage comprenant quatre branches 162, 1% 30 166 et 1680 Chaque branche comprend un empilage de lamelles magnétiques métalliques superposées 170, ces empilages étant disposés de manière à délimiter une ouverture ou une fenêtre rectangulaire 172 destinée s recevoir des enroulements. Les extrémités des lamelles de chaque branche peuvent être décalées 35 ou disposées en quinconce de manière que l'on puisse relier les branches au moyen d'une jonction interfoliée et â faible réluctan-ce. Le noyau magnétique 160 est disposé de manière s encercler la barre omnibus 156 et il est orienté de façon que sa branche 69 45695 9 2027669 162 soit disposée entre les conducteurs espacés 15k et 156, sa dimension longitudinale étant en substance perpendiculaire â une ligne tracée entre les centres géométriques des conducteurs 15k et 156. 5 Les enroulements électriques 17l+ et 176 sont disposés sur des branches opposées ou parallèles 161+ et 168 respectivement tandis que les branches 162 et 166 sont dépourvues d'enroulements. Les branches 161+ et 168 sont donc appelées branches d'enroulement et les branches 162 et 166 sont appelées culasses. 10 Comme décrit plus haut, ce type de transformateur de courant, lorsqu'il est placé près d'une barre omnibus p forte intensité, telle que la barre omnibus 151+, perd sensiblement de sa précision en raison du flux qui encercle la barre omnibus è forte intensité 151+ et qui peut pénétrer dans une partie du 15 noyau magnétique et la saturer. Cet inconvénient du transformateur de courant 160 est presque complètement supprimé si on dispose un blindage magnétique 180 entre le transformateur de courant 150 et la barre omnibus 151+. D'une manière plus spécifique, le blindage magnétique 20 180 est formé de plusieurs lamelles magnétiques, métalliques 182 qui sont empilées ou superposées pour former un empilage de lamelles disposé près de la culasse 162 du noyau magnétique 160. Comme on peut le voir sur les figures 1+ et 5, le blindage magnétique 180 peut être monté sur la culasse 162 et une mince feuille 25 de matière électriquement isolante ou une mince couche de matière isolante est disposée entre le blindage et la culasse pour empêcher que les bords des lamelles de la culasse soient mis électriquement en court-circuit. Les plans principaux ou les surfpces principales des 30 lamelles 182 qui forment le blindage magnétique 180 sont disposés perpendiculairement aux plans principaux ou aux surfaces principales des lamelles 170 du noyau magnétique 160. Les lamelles 170 du noyau magnétique 160 sont disposées avec leurs faces principales parallèles au plan de base de la plaque isolante 11+8, tandis que 35 les surfaces principales des lamelles 182 du blindage magnétique 170 sont perpendiculaires au plan de base de la plaque isolante 11+ 2. 69 45695 1Û 2027669 Les dimensions des lamelles 182 du blindage magnétique 180 sont supérieures è celles de la partie supérieure de la culasse 162 de sorte que le blindage magnétique 180 surplombe la culasse 162 dans toutes les directions ou s'étend vers l'ex-5 térieur à partir de celle-ci. La largeur des lamelles 182 est supérieure è la dimension générale du noyau magnétique 160 et la longueur des lamelles 182 est supérieure è celle des lamelles de la culasse 162. Par conséquent, si l'on aligne les centres géométriques du blindage magnétique 180 et de la culasse 162, le 10 blindage magnétique 180 surplombera tousd.es bords de la culasse 162. L'orientation des surfaces principales des lamelles 182 du blindage magnétique 180 perpendiculairement aux surfaces principales des lamelles du noyau magnétique 160, exige que 15 tout le flux qui encercle le conducteur ou la barre omnibus traverse le blindage 180 perpendiculairement s ces lamelles afin d'atteindre le noyau magnétique 160 du transformateur de courant 150. Cet agencement produit des courants de Foucault importants dans les lamelles 182, qui produisent un flux contraire. De plus8 20 le flux qui pénètre dans une lamelle du blindage magnétique 1S0 et qui en sort rencontre une réluctance extrêmement faible entre son entrée et sa sortie de la lamelle de sorte que la force ma-gnétomotrice disponible pour traverser les lamelles inférieures de l'empilage est très faible. De plus, le blindage en surpbmb 25 180 protège le noyau magnétique 160. Le flux de la barre omnibus 154 frappe le blindage plutôt que le noyau magnétique, car le noyau magnétique se trouve dans la zone "d'ombre" du blindage magnétique. On a construit un interrupteur de circuit en utilisant 30 des transformateurs de courant â rapport 1600:5» ces transformateurs de courant comportant des blindages magnétiques disposés comme sur les figures 1| et 5. Comme on peut le voir par la courbe 190 de la figure 3» le courant secondaire a une précision de + 3% jusqu'à la valeur requise égale ê douze fois le courant no-35 minai. De plus, à une valeur égale â six fois celle du courant normal ou nominal, l'indication du courant de mise è la terre présente une précision de 2% du courant réel,, Ces imprécisions sont admis 45695 n 2027669 sibles pour ce type d'interrupteur de circuit ce qui permet d'utiliser un appareil de protection à semi-conducteurs qui exige des indications très précises du courant de ligne d'alimentation et du courant de mise à la terre. En résumé, le présent mémoire décrit un interrupteur de circuit combiné à un transformateur de courant nouveau et perfectionné, qui permet d'utiliser un transformateur de courant du type à noyau rectangulaire présentant des enroulements disposés sur deux de ses branches seulement afin de gagner de l'espace tout en produisant des signaux en réponse au courant d'alimentation et au courant de mise ê la terre dans les limites de précision requises allant jusqu'à douze fois le courant nominal du circuit s protéger. De plus, la construction du transformateur de courant qui donne de tels résultats est simple et peu onéreuse et permet d'éviter des difficultés graves tout en n'augmentant pas fortement le prix de revient ou la complexité de l'interrupteur de circuito 69 45695 12 2027669 REVENDICATIONS 1. Interrupteur de circuit, caractérisé par le fait qu* il comprend un premier et un second conducteurs espacés, propres è être connectés k un premier et un second contacts, respectivement 5 et un transformateur de courant comprenant un noyau magnétique propre â encercler le premier conducteur, un enroulement électrique disposé autour du noyau et un blindage magnétique disposé entre le noyau magnétique et le second conducteur. 2„ Interrupteur de circuit selon la revendication 1, ca« 10 ractérisé par le fait que le noyau magnétique est du type comprenant un empilage de couches de lamelles métalliques, les lamelles de chaque couche étant disposées de manière â former une boucle magnétique fermée autour du premier conducteur et le blindage ma-gnétique étant formé de lamelles magnétiques métalliques empilées 15 disposées de manière que leurs plans principaux soient en substance perpendiculaires aux plans principaux des lamelles du noyau magnétique • 3, Interrupteur de circuit selon la revendication 2, ca~ ractérisé par le fait que les lamelles de chaque couche du noyau 20 magnétique sont disposées^iutour du premier conducteur pour former une première et une seconde branches â enroulement reliées par une première et une seconde culasses, la première culasse étant disposée entre le premier et le second conducteurs, l'enroulement électrique comprend une première et une seconde bobines disposées 25 autour de la première et de la seconde branches respectivement, et les lamelles métalliques du blindage magnétique sont disposées près de la première culasse, les plans principaux de ces lamelles étant en substance perpendiculaires aux phns principaux des lamelles de la première culasse, 30 1+, Interrupteur de circuit selon l'une des revendica tions 1 à 3» caractérisé par le fait que les lamelles du blindage sont plus longues et plus larges que celles de la première culasse et s'étendent vers l'extérieur au-delà des bords extérieurs de l'extrémité de la première culasse pour permettre ai blindage 35 d'intercepter le flux du second conducteur avant qu'il atteigne la première culasse du noyau magnétique, 5, Interrupteur de circuit selon la revendication 3 ou 69 45695 13 2027669 ij., caractérisé par le fait que la première et la seconde bobines sont connectées en parallèle. 6. Interrupteur de circuit selon la revendication 1}., caractérisé par le fait que les lamelles métalliques du blindage 5 sont disposées entre la première culasse et le second conducteur.