Brevet FR2123188A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne un disjoncteur de faible encombrement et à pouvoir de coupure élevé pour circuit électrique, du type comportant un contact fixe enzyme de col de cygne, un contact mobile monté sur un support rotatif soumis à l'action d'un ressort de rappel qui tend à l'amener en position de fermeture des contacts, un mécanisme d'actionnement du support précité, soumis à l'action de moyens élastiques de rappel qui tendent à ramener ledit support en position d'ouverture des contacts et un organe mobile de déclenchement aAtomatique commandé par des moyens thermiques ou électromagnétiques sensibles au courant dans le circuit et qui, selon sa position, maintient le mécanisme d'actionnement en position enclenchée contre l'action de ses moyens élastiques de rappel ou le libère, laissant lesdits moyens de rappel le ramener en position déclenchée. De nombreuses installations électriques modernes,par exemple les installations domestiques dans des buildings situés au voisinage de transformateurs d'alimentation très puissants, exigent, pour leur protection, des pouvoirs de coupure de l'ordre de 20k A et davantage. La protection de ces installations doit être assurée par des disjoncteurs, certains systèmes actuellement utilisés comme la distribution par bétobar, ne limitant que très peut les courants de court-circuit. On sait par ailleurs que la protection des petits disjoncteurs à faible pouvoir de coupure au moyen de fusibles est illusoire à moins que ces fusibles aient un calibre voisin de celui des disjoncteurs eux-mêmes,ce qui n'est guère pratique dans les installations importantes. te but de la. présente invention est de prévoir un disjoncteur à pouvoir de coupure élevé de 20E A et davantage, à limitation rapide de court-circuit et dont les dimensions sont suffisamment réduites pour satisfaire aux normes établies, ou en cours-de l'établissement, qui imposent, en particulier,une largeur par pôle égale ou inférieure à 17,5 mm. Un disjoncteur ayant un pouvoir de coupure élevé et capable d'assurer une limitation rapide du courant de court-circuit au cours de la séparation des contacts exige un mécanisme de déclenchement extrêmement rapide et une chambre d'arc particulièrement efficace. te disjoncteur selon ltinvention a pour but de répondre à ces exigences et il est caractérisé en ce que le mécanisme d'actionnement du support portant le contact mobile comporte un levier d'entraînement articulé à un axe fixe soumis à l'action d'un ressort de rappel qui tend à l'appliquer contre ledit support de façon à séparer les contacts et un levier de commande articulé à un pivot mobile en translation et prévu pour repousser, par l'une de ses extrémités, le levier d'actionnement contre l'action de son ressort de rappel et pour prendre appui, par son autre extrémité, sur l'organe de déclenchement précité qui le retient dans la position pour laquelle il maintient ledit levier d'actionnement à l'état repoussé. Ce mécanisme d'actionnement présente,par rapport aux mécanismes d'actionnement des disjoncteurs actuellement connus, un nombre réduit de pièces mobiles, il en résulte une inertie moindre et par conséquent une action plus rapide. Selon une autre caractéristique de l'invention, le levier d'entraînement précité est constitué par un levier coudé en forme d'équerre articulé en son sommet, l'un de ses bras étant prévu pour venir en appui directement contre le support précité, l'autre bras étant muni, à son extrémité libre, d'un bec venant en appui directement contre le levier de commande précité. Ce levier d'entraînement a l'avantage de présenter une masse réduite, donc une faible inertie. Selon encore une autre caractéristique de l'invention les axes d'articulation dudit support et du levier en forme d'équerre sont situés au voisinage immédiat l'un de l'autre ou confondus. Cette disposition permet de réduire l'encombrement du mécanisme. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le levier de commande précité comporte un premier bras en forme de gradin contre lequel le bec précité prend appui, au voisinage de l'arête dudit gradin, et un second bras opposé au premier par rapport au pivot précité et prévu pour prendre appui, par son extrémité libre, sur l'organe de déclenchement précité, ledit pivot étant mobile selon une trajectoire en forme d'arc de cercle dont le centre colncide avec le point où ledit second bras et ledit organe de déclenchement sont eh appui. Cette configuration particulière donnée au bras du levier d'entraînement et au bras du levier de commande qui coopèrent l'un avec l'autre,permet au levier d'entraînement d'etre libéré pour une faible rotation du levier de commande et par conséquent d'assurer une ouverture très rapide des contacts. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: - la figure 1 représente, de façon schématique, un disjoncteur selon un mode de réalisation de l'invention, ce disjoncteur étant représente un position de repos - la figure 2 représente ledit disjoncteur en position enclenchée - la figure 3 représente ledit disjoncteur dans la position juste après la séparation des contacts - la figure 4 représente, de façon schématique, une chambre d'arc associée au disjoncteur des figures 1 à 3 - la figure 5 est une coupe selon la ligne iV-:V de la figure 4 - la fifre 6 montre schématiquement une variante de réalisation de la chambre d'arc associée audit disjoncteur des figures 1 à 3. Selon le mode de réalisation représente aux figures l à 3, le disJoneteur comprend essentiellement un contact fixe 1 prsentant une forme de col en cygne et un contact mobile 2 fixé àltextrémité d'un support 3 constitué par une barette ou analogue articulée, à son extrémité opposée, autour d'un axe 4 monté de façon fixe sur un élément de bâti ou analogue (non représenté). Un reslsort 5 tend à maintenir le contact mobile 2 appliqué contre le contact fixe 1. Un levier 7, coudé en forme d'équerre, est articulé en son sommet, c'est-à-dire au point de rencontre de ses deux bras 8 et 9, à un axe 10 monté de façon fixe au voisinage immédiat de l'axe 4 du support 3 et sert à l'entraînement de ce support. te levier 7 est sollicité par un ressort de torsion puissant 11 agissant dans le sens pour lequel son bras 8 vient heurter directement le support 3, de façon à l'entraîner en rotation dans le sens de séparation des contacts, ceci contre l'action du ressort 5 qui est beaucoup plus faible et qui sollicite ledit support dans le sens inverse. L'autre bras 9 du levier 7 est recourbé de façon à présenter un bec ou nez 12 qui coopère avec un levier de commande 15. Le levier de commande 15 comporte un premier bras 16 présentant la forme d'un gradin et un second bras 17 sensiblement rectiligne et il est articulé sur un pivot 18 monté à l'extrémité inférieure d'une pièce 19 articulée elle-même, à son extrémité supérieure, sur un pivot fixe dont l'axe géométrique est désigné par A sur les figures 1 et 2, de sorte que ledit pivot 18 se déplace selon une trajectoire en arc de cercle C de centre A. Cet axe géométrique A coïncide avec le point occupé par l'extrémité 17a du bras 17 lorsque le levier de commande 15 est maintenu par l'organe de déclenchement, ainsi qu'il sera expliqué ci-après. La pièce 19 est munie d'une rainure 19a dans laquelle coulisse une goupille 20a fixée sur un levier coudé 20, articulé sur un axe fixe 20b et sollicité par un ressort de rappel 20c. Un bouton-poussoir 21, agissant directement sur le levier coudé 20 permet, lorsqu'il est enfoncé selon la flèche P, de faire pivoter la pièce 19 autour de son axe fixe, donc de déplacer le pivot 18 selon l'arc de cercle C dans le sens F1, ceci contre l'action du ressort 20c. La pièce 19 et le levier 2G constituent un système à point mort qui reste enclenché lorsqu'il a atteint la fin de sa course et que l'action du bouton-poussoir a cessé. Le ressort 20c a pour fonction de ramener le système en position de repos dès que la poussée due au ressort 11 a cessé. Un organe de déclenchement, constitué par un bras de retenue 22 articulé à une extrémité à un axe fixe 23 et sollicité par un ressort de rappel 23a qui tend à l'amener dans la position représentée aux figures l et 2 et muni en outre d'une saillie 24, coopère avec l'extrémité 17a du bras 17 du levier 15. En position enclenchée, l'extrémié 17a du bras 17 se trouve en appui contre la saillie 24. En cas de court-circuit le déclenchement automatique est assuré par un organe électromagnétique 25 comprenant un noyau 26 et un enroulement 27 alimenté par le courant du circuit électrique ou par une fraction de ce courant. L'organe électromagnétique 25 comporte une première tige 28 solidaire de son noyau 26 et prévue pour venir en butée contre l'extrémité libre du bras de retenue 22 et le repousser vers le haut, contre l'action du ressort 23a, lorsqu'un courant de court-circuit parcourt l'enroulement 27. Le noyau 26 comporte en outre2 à sa partie inférieure, une seconde tige 29 qui est reliée au support 3 et'quoi est prévue pour entrainer ledit support dans le sens de la séparation des contacts, lorsque l'organe électromagnétique 25 est excité. Un bouton-poussoir de décenchement 30, manoeuvrable de l'extérieur, permet de commander le déclenchement à la main. On a représenté en 31 un bimétal de type connu assurant le déclenchement automatique du disjoncteur en cas de surcharge faible. Pour l'enclenchement du disjoncteur, celui-ci étant supposé ntreenllapositionde repos représentée àIa figure 1, on appuie sur le bouton-poussoir 21,selonp,oequi a pour effet que le pivot 18 du bras 15 se déplace de gauche à droite, selon la flèche F12 le long de l'arc de cercle C de centre A (voir la figure 1) jusqu'à ce qutil atteigne la position enclenchée. En merle temps le levier 15 tourne autour du pivot 18, dans le sens indiqué par la flèche F2 repoussant,par son bras 16, le bras 9 du levier coudé 7,lequel pivote autour de son articulation 10 contre l'action du ressort 11. Lorsque le système occupe la position enclenchée représentée à la figure 2, l'extrémité 17a du levier 17 est en appui contre la face abrupte de la saillie 24 et le bec 12 du levier 7 est en appui contre le bras en gradin 16 du levier 15, au voisinage immédiat du coude 16a dudit gradin. Le levier 7 est maintenu dans la position représentée, contre l'action de son ressert de rappel 11, son bras 8 étant écarté du support 3, lequel sous l'action de son ressort 5, applique le contact mobile 2 contre le contact fixe 1. Le levier de commande 15 est empêché de tourner autour de son pivot 18, malgré I'action exercée sur son bras 16 par le levier 7, par la saillie 24 du bras de retenue 22. Le déclenchement du disjoncteur peut avoir lieu soit automatiquement par le bimétal 31 ou par l'organe électromagnétique 25, soit manuellement par le bouton-poussoir 30. En cas de court-circuit par exemple, l'organe électromagnétique 25 est excité, son noyau 26 est attiré et se déplace selon la flèche BD (figure 2,) et la tige 28, solidaire dudit noyau, vient percuter l'extrémité du bras 22 qui tourne sur son axe 23, libérant le levier de commande l5 et par conséquent le levier d'entraînement 7, dont le bras 8 vient à son tour percuter le support 3 qui pivote dans le sens de la séparation des contacts (voir la figure 3). En même temps la tige 29, également solidaire du noyau 26, entraîne le support 3 vers le haut, de façon à empêcher toute soudure des contacts.Ensuite le ressort 20c ramène les éléments du disjoncteur à la position de repos représentée à la figure 1. La configuration particulière en forme de bec, donnée à l'extrémité 12 du bras 9, et la configuration particulière, en forme de gradin, du bras 16, ainsi que le fait que l'extrémité de ce bec prend appui contre le gradin au voisinage immédiat du coude de ce gradin, permet au levier 7 d'échapper au levier de commande 15 pour une très faible rotation de ce dernier après son échappement de la saillie 24. On obtient ainsi une ouverture des contacts particulièrement rapide en des temps inférieurs à la milli-seconde pour des courts-circuits violents. D'autre part la tige 29 est prévue pour entraîner le support 3 un court instant après que le levier de commande 15 ait été lui-m8me libéré par le levier de retenue 22. On voit que le mécanisme de déclenchement du disjoncteur selon l'invention est d'une grande simplicité de construction, qu'il ne comporte qu'un nombre restreint de pièces en mouvement et qu'il est par conséquent, d'une grande rapidité d'action. Pour assurer une limitation rapide et importante du courant de court-circuit qui se produit dès la séparation des contacts d'un disjoncteur, on munit ce dernier d'une chambre d'arc dans laquelle on effectue un soufflage magnétique de l'arc en prévoyant un enroulement inducteur parcouru par le courant et disposé autour d'un noyau magnétique relié à des flasques de soufflage disposés de part et d'autre des contacts fixe et mobile. Selon le mode de réalisation représenté aux figures 4 à 6, le noyau magnétique et les flasques de soufflage sont réalisés en une seule pièce 35 en matériau magnétique, repliée en forme de U, et dont la branche médiane 35a est insérée dans la partie en col de cygne la du contact fixe 1, cette partie en col de cygne formant l'enroulement inducteur précité.Cette pièce en U est bienentendu convenablement isolée du contact fixe 1 et des plaquettes 36, en matériau réfractaire, sont situées de part et d'autre des contacts fixe et mobile de manière à guider et refroidir l'arc, ces plaquettes ayant leurs parties supérieures 36a qui se rapprochent progressivement l'une de l'autre de façon à laisser, entre leurs extrémités libres, une ouverture 37 de dimension réduite. Les contacts fixe et mobile 1 et 2 sont munis de prolongements fixes 38 et 39 respectivement, en matériau conducteur, disposés aux deux extrémités de la chambre, le prolongement 38 tant par exemple soudé au contact l tandis que le prolongement 39, séparé du contact mobile, peut être relié galvaniquement à ce dernier comme connu en soi. La chambre d'arc est munie, à l'extrémité libre desdites plaquettes 36, de tôles magnétiques 40 découpées en forme de Uet disposées en ventail entre les prolongements 38 et 39 des contacts 1 et 2. Ces tôles en U 40 sont placées extérieurement à la chambre, leurs branches latérales 41 embrassant la partie 36a des plaquettes réfractaires 36, tandis que leurs branches médianes 42 se trouvent en face de l'ouverture 37. Les deux branches latérales 41 des tôles 40 ont une largeur qui va en croissant vers la branche médiane 42 de façon à retarder la saturation du métal magnétique lors de courts-circuits violents. Sous l'action du champ magnétique créé par le courant luimeme l'arc se développe librement dès qu'il est créé et chemine à grande vitesse entre les parois réfractaires, les pieds d'arc atteignant très rapidement d'une part l'extrémité 38a du prolongement 38 du contact fixe 1 et d'autre part l'extrémité 39a du prolongement 39 du contact mobile 2. Le développement et l'allongement de l'arc se font jusqu'à l'extrémité supérieure de la chambre entre les deux parois réfractaires. La présence des tôles en U 40 permet une migration accélérée de l'arc électrique qui se déplace dans le sens de la flèche H (figure 5) sous l'effet de son champ magnétique. Au moment ôù l'arc vient frapper la branche médiane desdites tôles en U 40 par l'étroite ouverture terminale 37, il se divise en un certain nombre d'arcs partiels dont le nombre est égal à celui des intervalles entre les tôles 40. Ceci a pour effet de limiter à une valeur facilement contrôlable la valeur maximale de la tension et d'éviter tout rallumage intempestif. tes tôles en U ont en outre un rôle de refroidissement de l'arc qui facilite son extinction finale. Etant donné la limitation importante du courant obtenue par l'action combinée des moyens utilisés, le développement de la branche médiane du U peut être relativement faible. Dans la variante de réalisation représentée à la figure 6, où les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments, il est prévu un nombre plus important de tôles en U disposées également en éventail entre les prolongements 38 et 39, ces îles présentent deux longueurs de branches différentes, une tôle en U à branches courtes 44a alternant avec une tôle en U à branches longues 44b. Il convient de remarquer également que les contacts fixe et mobile 1 et 2 sont disposés dans la chambre d'arc de telle façon que le point où le contact mobile est en appui sur le contact fixe se trouve à une extrémité de la partie inférieure de la chambre d'arc de façon à assurer le développement diagonal maximum de l'arc dans l'espace disponible. Certaines variantes de réalisation pourraient être apportées au dispositif décrit. C'est ainsi par exemple que les axes 4 et 10 de rotation du support 3 et du levier 7 respectivement, qui sont représentés comme voisins l'un de l'autre mais distincts, pourraient être confondus, réduisant encore l'encombrement. Bien que l'on ait représenté et décrit un disjoncteur unipolaire à simple coupure il est évident que l'invention peut être étendue à des disjoncteurs multipolaires et à coupure double par pôle. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S l. - Disjoncteur à faible encombrement et à pouvoir à coupure élevé pour circuit électrique du type comportant un contact fixe en forme de col de cygne, un contact mobile porté par un support articulé à un axe fixe et soumis à l'action d'un ressort de rappel qui tend à l'amener à la position de fermeture des contacts, un mécanisme d'actionremenÎ du support précité soumis à l'action de moyens élastiques de rappel qui tendent à amener ledit support en position d'ouverture des contacts et un organe mobile de déclenchement, commandé en particulier par des moyens thermiques ou électromagnétiques sensibles au courant dans le circuit et qui, selon sa position, maintient le mécanisme d'actionnement en position enclenchée contre l'action de ses moyens élastiques de rappel ou le libère, laissant les moyens de rappel Re ramener en position déclenchée, caractérisé en ce que le mécanisme d'actionnement précité comporte un levier d'entraînement du support précité, articulé à un axe fixe et soumis à l'action d'un ressort de rappel qui tend à l'appliquer contre ledit support de façon à séparer les contacts et un levier de commande articulé à un pivot mobile en translation et prévu pour repousser, par une de ses extrémités, le levier d'entraînement contre l'action de son ressort de rappel et pour prendre appui, par son autre extrémité, sur l'organe de déclenchement précité qui le retient dans la position pour laquelle il maintient ledit levier d'entraînement à l'état repoussé. 2. - Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier d'entraînement précité est constitué par un levier coudé en forme d'équerre articulé en son sommet, l'un de ses brefs étant prévu pour venir en appui directement contre le support précité, l'autre bras étant muni, à son extrémité libre, d'un bec venant en appui directement contre le levier de commande précité. 3. - Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les axes d'articulation dudit support et dudit levier en forme d'équerre sont situés au voisinage immédiat l'un de l'autre ou confondus. 4. - Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le levier de commande précité comporte un premier bras en forme de gradin contre lequel le bec précité prend appui, au voisinage de l'arête dudit gradin, et un second bras, opposé au premier par rapport au pivot précité, et prévu pour prendre appui, à son extrémité libre, sur l'organe de déclenchement précité , ledit pivot étant mobile selon une trajectoire en forme d'arc de cercle dont le centre colncide avec le point où ledit second bras et ledit organe de déclenchement sont en appui. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de déclenchement précité est constitué par un bras de retenue articulé, à l'une de ses extrémités,à un axe fixe et muni d'une saillie contre laquelle l'extrémité du second bras du levier de commande précité vient en appui en position enclenchée. 6. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qugil comporte un organe électromagnétique alimenté par le courant du circuit électrique qui est prévu pour écarter le bras de retenue précité de la position pour laquelle la saillie retient le second-bras du levier de commande, ledit organe électromagnétique comportant la première tige solidaire de son noyau et prévue pour venir buter ccntre l'extrémité libre du bras de retenue et le repousser lorsque ledit organe électromagnétique est excité. 7. - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le noyau précité comporte une seconde tige reliée au support du contact mobile et prévue pour entraîner, lorsque l'organe électromagéntique est excité, ledit support de façon à séparer les contacts. 8. - Disjoncteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qusil comporte une chambre d'arc munie d'un noyau électromagnétique et de flasques de soufflage constitués par une pièce unique en matériau magnétique pliée en forme de U et dont la branche médiane est insérée dans le col de cygne du contact fixe. 9. - Disjoïcteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre d'arc est munie de moyens de fragmentation de l'arc, constitués par des tôles magnétiques découpées en forme de U et disposées en éventail extérieurement à la chambre, ces tôles embrassant les parois réfractaires délimitant ladite chambre. 10. - Disjoncteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les branches latérales des tôles magnétiques précitées présentant une section croissante vers la branche médiane. 11. - Disjoncteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les tôles précitées ont des longueurs de branches différentes d'une tôle à l'autre, une tôle à branches longues alternant avec une tôle à branches courtes. 12. - Disjoncteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contact fixe et le contact mobile sont disposés de telle façon que la coupure s'effectue dans un angle de la chambre d'arc.