Brevet FR2106374A1 — publié le 19720505

i 2106374 La présente invention concerne un disjoncteur de protection contre les courants de défaut pourvu d'un transformateur d'intensité de sommation comportant un noyau magnétique1 avec des enroulements primaires reliés à un 5 circuit à surveiller, et avec un enroulement secondaire qui alimente l'enroulement d'excitation d'un aimant de déclenchement agissant sur la serrure de commande d'ion dispositif de coupure. S'il survient un courant alterna-10 tif de défaut dans le circuit à surveiller, une tension prend naissance dans l'enroulement secondaire, ce qui provoque la réponse de l'aimant de déclenchement, puis, par l'intermédiaire de la serrure de commande, 1'actionnement du dispositif de coupure qui interrompt alors le circuit à surveiller. 15 Jusqu'à ce jour, un tel disjoncteur de protection contre les courants de défaut ne pouvait être utilisé pour surveiller des circuits dans lesquels des courants de défaut peuvent aussi se présenter sous la forme de courants continus. Le disjoncteur ne se déclenche pas lorsqu'il est par-20 couru par un courant continu de défaut puisque, comme on le sait, l'induction d'une tension dans l'enroulement secondaire du transformateur d'intensité nécessite le passage d'un courant alternatif dans l'enroulement primaire. Même la variation de flux que le passage dans l'enroulement primaire d'un courant de défaut 25 continu et haché, produit par redressement à simple alternancë de courant alternatif, provoque dans le transformateur, n'est pas assez forte pour qu'une tension suffisant au déclenchement du disjoncteur soit induite dans l'enroulement secondaire du transformateur d'intensité de sommation. 30 La présente invention a pour "but de remédier à cet inconvénient et de permettre l'utilisation d'un disjoncteur de protection contre les courants de défaut de ce type dans des circuits qui, par exemple, comportent des moteurs à courant continu commandés par thyristors, circuits dans les-35 quels , du fait de la commande par thyristors, les courants de défaut peuvent être de nature aussi "bien continue qu'alternative. Selon l'invention, ce résultat est obtenu avec un disjoncteur de protection contre les courants de 40 défaut du type précité, par le fait que l'amplitude d'induction 71 32314 2106374 (écart entre l'induction de saturation et l'induction rémanente du noyau magnétique) est d'une importance telle que la tension induite dans l'enroulement secondaire suffise à actionner l'aimant de déclenchement lorsqu'un enroulement primaire du trans-5 formateur d'intensité de sommation est parcouru par un courant de défaut pulsatoire. L'écart entre l'induction de saturation et l'induction rémanente du noyau magnétique du transformateur d'intensité de sommation est avantageusement supérieur 10 à 3°000 gauss et, en particulier, s'élève à au moins 4.000 gausso En outre, le noyau magnétique présente avantageusement une perméabilité relative aux impulsions d'au moins loOOOe Cela permet de réduire les dimensions du 15 transformateur et par conséquent aussi du disjoncteur de protection contre les courants de défaut, du fait que, dans ce cas, il suffit d'une excitation magnétique relativement faible pour déclencher le disjoncteur, et que le nombre des spires primaires du transformateur d'intensité de sommation peut alors être 20 petit. Le noyau magnétique peut avantageusement être un noyau feuilleté coupée D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture du dessin annexé 25 sur lequel : la figure 1 représente des boucles d'hystérésis de-noyaux en matériaux magnétiques ; la figure 2 représente un disjoncteur de protection contre les courants de défaut selon l'in-30 vention ; la figure 3 représente les caractéristiques magnétiques d'un disjoncteur usuel et d'un disjoncteur conforme à l1invention ; la figure 4- représente un autre 35 mode de réalisation du disjoncteur de protection contre les courants de défaut conforme à l'invention « La figure 1 représente une boucle d'hystérésis (induction B en fonction de l'intensité .du champ H) d'un noyau en un matériau magnétique avec une grande amplitude 40 d'induction Aet une boucle d'hystérésis 2 d'un noyau en un 71 32314 2106374 matériau magnétique avec une petite amplitude d'induction A » On entend-par amplitude d'induction la différence entre l'induction de saturation B et l'indxiction de rémanence B~ ou m L- rl ®r2 ° 5 l'induction de saturation. Le quotient. . A B _1 ^"A H ° ~P~U~~ ( M-O" constante d'induction) sera appelé "perméabilité aux impulsions "o Le disjoncteur de protection contre 10 les courants de défaut 3 représenté sur la figure 2 sert à surveiller les lignes K./U et N d'une installation électrique» Il comporte un transformateur d'intensité de sommation 4 pourvu d'un noyau magnétique 5» Le noyau magnétique 5 est annulaire, de préférence vm noyau feuilleté annulaire consistant en un 15 ruban de matière magnétique douce enroulée Par exemple, l'épaisseur de ce ruban peut être comprise entre 0,006 et 0,3 mm. Des enroulements primaires 6, représentés chacun sur la figure 2 par une seule spire, se trouvent sur ce noyau magnétique, ainsi qu'un enroulement secondaire 7° Les enroulements primaires 6 20 sont montés dans des lignes à surveiller E/U et N. L'enroulement secondaire 7 est relié à l'enroulement d'excitation 9 d'un aimant de déclenchement 8. Cet aimant de déclenchement 8 qui peut être aussi bien un aimant de maintien qu'un aimant de travail, agit par l'intermédiaire d'un élément mécanique de li-25 aison 8 sur la serrure de commande 10 qui, par l'intermédiaire d'une tige de commande lOsi, actionne les contacts de coupure 11 se trouvant dans les lignes à surveiller R/U et L'amplitude d'induction du noyau magnétique 5 du transformateur d'intensité de sommation 4 est a-30 vantageusement supérieure à 3-000 gauss, et la perméabilité aux impulsions de ce noyau magnétique est d'au moins 1.000. II est avantageux que l'amplitude d'induction soit d'au moins 4.000 gausso Un matériau adéquat pour le noyau 35 magnétique 5 est constitué, par exemple, par un alliage connu fer-nickel comportant 61 à 67 % en poids de nickel et 2 à 4 % en poids de molybdène ainsi que de faibles quantités d'éléments supplémentaires (silicium et manganèse, jusqu'à 1 % en poids) pour la désoxydation et l'usinage, le reste étant constitué par 40 dû fer. On recuit à une température comprise entre 950°C et 71 32314 2106374 Io200®C9 pendant 4 à 6 heures, cet alliage ou un noyau feuilleté annulaire réalisé avec cet alliage, puis on le porte pendant 3 à 5 heures à une température de 400 à 500°C„ Ce chauffage entre 400 et 500°C s'effectue avantageusement dans un champ magné-5 tique dont les lignes de champ sont transversales ou perpendiculaires à la direction du flux magnétique dans le matériau lorsque celui-ci est monté, sous forme de noyau magnétique, dans le transformateur d'intensité de sommation0 L'induction de saturation d'un noyau annulaire réalisé avec cet alliage est, après 10 ee traitement, d'environ 12«,500 gauss, l'amplitude d'induction est comprise entre 6»000 et llo000 gauss et la perméabilité aux impulsions entre 4,000 et loOOO» Un autre alliage connu fer-nickel, convenant pour le noyau du transformateur d'intensité de som-15 mation dans le disjoncteur de protection contre les courants de défaut selon 1"inventionj peut contenir de 75 à 82 % en poids de nickel, 2 à 5s5 % es. poids de molybdène et 0 à 5 % en poids de cuivre, ainsi que jusqu'à 1 % en poids d'éléments supplémentaires pour la désoxydation et l'usinage (silicium et man-20 ganèse), le reste étant constitué par du fer» La teneur en fer sera avantageusement d'au moins 6,5 % en poids» On recuit cet alliage ou un noyau feuilleté annulaire en cet alliage, pendant 2 à 6 heures, entre 950 et 1220°C, puis on le chauffe pendant 1 à 3 heures entre 450 et 600°Co Pour terminer, l'alliage ou 1-e 25 noyau subit' un adoucissement à une température de 250°C à 400°C pendant 1 à 50 heures» Cet adoucissement entre 250 et 400°C s'effectue avantageusement dans un champ magnétique dont les lignes sont transversales ou perpendiculaires à la direction du flux magnétique dans l'alliage lorsque celui-ci est monté 30 en tant que noyau magnétique dans le transformateur d'intensité de sommation» Un noyau feuilleté annulaire ainsi traité, en cet alliage, présente une induction de saturation d'environ 8o000 gauss et une amplitude d'induction comprise entre 5»000 et 6»500 gauss, ainsi qu'une perméabilité aux impulsions com-35 prise entre 15»000 et 5=000» Le noyau magnétique 5 du transformateur d'intensité de sommation peut aussi être constitué par des ferrites appropriées» Le mode de fonctionnement du dis-40 joncteur de protection contre les courants de défaut selon 71 32314 ? 2106374 l'invention sera décrit ci-après en se référant à la figure 3. Sur le diagramme de la figure 3> on a porté en ordonnées le flux et le temps et en abscisses le courant de défaut 1^ circulant dans le circuit à 5 surveillero Si un courant alternatif de défaut, correspondant à la courbe en tirets 12 de la figure 3s traverse le transformateur d'intensité de sommation 4, ce dernier se trouve aimanté en fonction de la caractéristique magnétique 13. Si l'amplitude de ce courant alternatif est suffisante, la totalité de la 10 caractéristique magnétique 13 se trouve parcourue au cours d'une période du courant alternatif de défaut, et la variation de flux A § qui en résulte est très importante, de sorte que la tension induite, d'après la loi d'induction, dans le secondaire du transformateur d'intensité de sommation est d'une amplitude telle 15 qu'elle dépasse la tension de réponse de l'aimant de déclenchement 8 et déclenche sans difficulté le disjoncteur de protection contre les courants de défaut» Si, par contre, le courant de défaut a le caractère d'un courant continu pulsatoire correspondant à 20 la courbe 14 en trait plein de la figure 3 (courant continu obtenu par redressement à simple alternance), la caractéristique magnétique 13 n'est parcourue que jusqu'au point de rémanence 15 lors de l'aimantation du noyau magnétique 5 du transformateur d'intensité de sommation 4» L'amplitude d'induction du noyau 25 magnétique du transformateur du disjoncteur selon l'invention est, toutefois, suffisamment grande pour que la variation de flux A ^ suffise pour induire dans l'enroulement secondaire du transformateur d'intensité une tension supérieure à la tension de réponse de l'aimant de déclenchement 8, donc pour dé-30 clencher le disjoncteur® A titre de comparaison, on a représenté en tirets sur la figure 3 la caractéristique magnétique 16 pour laquelle l'amplitude d'induction du noyau magnétique serait insuffisante pour le déclenchement du disjoncteur de protection contre les courants de défaut. En présence d'un cou-35 rant de défaut constitué par un courant continu pulsatoire, correspondant à la courbe 14 de la figure 3» la caractéristique magnétique 16 ne serait parcourue que jusqu'au point de rémanence 17 qui est substantiellement plus élevé que le point de rémanence 15, de sorte que la variation correspondante de flux 40 A ^ 2 serait inférieure à la variation de flux A et ne 71 32314 o 2106374 suffirait pas à induire dans l'enroulement secondaire 7 du transformateur d'intensité de sommation 4 une tension dépassant la valeur de réponse de l'aimant de déclenchement 8» Si, dans le disjoncteur de protec-5 tion contre les courants de défaut selon l'invention, le noyau magnétique possède en plus une grande perméabilité aux impulsions, la pente de la caractéristique magnétique 13 de la figure 3 est très raide, c'est-à-dire que la variation de flux A Le disjoncteur de protection contre les courants de défaut selon l'invention présente en particulier l'avantage que la différence entre les valeurs de réponse aux courants^de défaut alternatif et continu est relativement faible. 15 Cette différence est d'autant plus petite que l'induction rémanente du noyau magnétique du transformateur d'intensité de sommation est plus faible. Le disjoncteur de protection contre les courants de défaut 13 représenté sur la figure 4 sert égale-20 ment à surveiller les lignes R/U et N d'une installation électrique o Il comporte un transformateur d'intensité de sommation 14 pourvu d'un noyau magnétique 15° Ce noyau magnétique 15 est un noyau feuilleté coupé, qui consiste en deux moitiés maintenues assemblées par une bande de serrage 15a, et comporte deux entre-25 fers 15b° Le ruban formant ce noyau peut être en un alliage fer-nickel de composition quelconque, non soumis à un traitement préalable déterminé. L'épaisseur du ruban du noyau peut être, par exemple, de 0,006 à 0,3 mm. Ce noyau feuilleté coupé entoure les deux fils 16 représentant les enroulements primaires qui sont 30 montés dans les lignes à surveiller R/U et N. Sur le noyau magnétique 15 est, en outre, placé un enroulement secondaire 17 qui est relié à l'enroulement d'excitation 19 d'un aimant de déclenchement 180 Cet aimant de déclenchement 18, qui peut être un aimant de maintien ou un aimant de travail, agit par l'in-35 termédiaire d'un élément de liaison mécanique 18a sur la serrure de commande 20 qui, par l'intermédiaire d'une tige de commande 20a, actionne les contacts de coupure 21 se trouvant dans les lignes à surveiller R/U et N. Du fait des deux entrefers 15b, le 40 noyau magnétique 15 qui est du type feuilleté coupé, présente, 71 32314 ? 2106374 par rapport à un noyau feuilleté annulaire de même structure, une "boucle d'hystérésis plus effilée et, par conséquent, une amplitude d'induction notablement plus importante, définie comme la différence entre l'induction de saturation et l'induction 5 rémanente« Le disjoncteur de protection contre les courants de défaut selon la figure 4- se déclenche lorsque les fils 16 sont parcourus par un courant de défaut alternatif. Etant donné les entrefers 15b l'amplitude d'induction du noyau feuilleté coupé 15 est suffisamment grande pour que la variation, du flux magné-10 tique, provoquée par le passage dans les fils 16 d'un courant continu de défaut pulsatoire, suffise à induire dans l'enroulement secondaire 18 du transformateur d'intensité de sommation 14 une tension dépassant la tension de réponse de l'aimant de déclenchement 18 et déclenche ainsi le disjoncteur, même en cas 15 de passage d'un tel courant continu de défaut pulsatoire» 71 32314 8 2106374 REVENDICATIONS 1. Disjoncteur de protection contre les courants de défaut pourvu d'un transformateur d'intensité de sommation comportant un noyau magnétique avec des enroulements primaires reliés- à un circuit à surveiller, et avec un 5 enroulement secondaire qui alimente l'enroulement d'excitation d'un aimant de déclenchement agissant sur la serrure de verrouillage d'un dispositif de coupure, ce disjoncteur étant caractérisé par le fait que l'amplitude d'induction (différence entre l'induction de saturation et l'induction de rémanence) 10 du noyau magnétique est d'une importance telle que la tension induite dans l'enroulement secondaire suffise pour actionner l'aimant de déclenchement lorsque l'enroulement primaire du transformateur d'intensité de sommation est parcouru par un courant continu de défaut pulsatoire. 15 2„ Disjoncteur de protection con tre les courants de défaut selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'amplitude d'induction du noyau magnétique du transformateur d'intensité de sommation est supérieure à 3»000 gauss et s'élève de préférence à au moins 4.000 gauss. 20 3. Disjoncteur de protection con-- tre les courants de défaut selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la perméabilité relative aux impulsions du noyau magnétique du transformateur d'intensité de sommation est d'au moins 1.000 . 25 4. Disjoncteur d.e protection con tre les courants de défaut selon Xa revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau magnétique est un noyau feuilleté coupéo