Brevet FR2173762A1 — publié le 19731012

TA vr-~; e un invention concerne un disjoncteur de circuit électrique --mpsrtant un élément de limitation de courant du type à auto-retablissement pour interrompre le circuit électrique associé par une opération de déclenchement réalisée par ledit élément. Les disUoncteurs de circuit classiques comportent généralement, un dispositif de disjonction automatique utilisant des actions de sensibilité thermique ou électromagnétique effectuées par un élément bimétallique et un électro-aimant associésrespectivement. L'une ou autre de ces actions a pour effet de mettre en fonctionnement une tige de disjonction dont la fonction est d'écarter l'un de l'autre les contacts du disjoncteur de circuit grâce à un mécanisme à leviers articulés associé à la tige de disjonction. Par conséquent le pouvoir de coupure de tels disjoncteurs de circuit est limité par les dimensionsde leur contact et le temps de réponse du dispositif de disjonction automatique.L'emploi d'un élément bimétallique et d'un électro-aimant entraîne également l'inconvénient que le disjoncteur de circuit résultant est d'un construction compliquée et de dimensions très importantes. On connaît déjà également des disjoncteursde circuit du type comportant un dispositif de disjonction sensible à une tension qui lui est appliquée et qui les amène en position ouverte. Be dispositif de disjonction sensible à la tension comporte un enroulement prévu généralement pour être alimenté par l'itErmédiaire de contacts prévus dans un relais de surintensité d'induction ou tout autre commutateur de commande. Cependant ce relais ou commutateur ne réalise pas une opération de limitation de courant par lui-même et il ne peut réaliser la protection à effet retardé du disjoncteur de circuit associé.Pour pilier cet inconvénient il est connu d'associer fonctionnellement un fusible ou coup e - circuit limiteur de courant, fait normalement en un alliage à base d'argent, avec un dispositif de déclenchement, de telle sorte que lorsqu'un courant élevé se produit, par exemple un courant de court-circuit, le fusible fond et actiorne le dispositif de déclenchement par l'action du ressort associé pour actionner le dispositif de disjonction par l'intermédiaire du commutateur de commande. L'emploi de fusiblesde limitation de courant est désavantageux en ce sens qu'un long intervalle de temps et une opération compliquée sont nécessaires pour remettre le circuit associé en fonctionnement, car chaque fusion du fusible entraîne la nécessité de remplacer le fusible fondu par un nouveau fusible.De plus le problème de maintenir une réserve de fusibles reste sans solution. La présente invention a pour conséquent pour objet de prévoir un disjoncteur de circuit nouveau et amélioré comportant un élément de limitation de courant du type à auto-rétablissement au lieu des fusibles classiques de limitation de courant faits d'alliages d'argent ou analogue, de sorte que le circuit associé peut être rétabli simplement à son état original dans un court intervalle de temps. L'invention a également pour objet un disjoncteur de circuit comportant un dispositif de disjonction automatique amélioré pour augmenter le pouvoir de coupure avec une construction de faibles dimensions. L'invention a encore pour objet de prévoir un disjoncteur de circuit amélioré comportant un dispositif de disjonction sensible à une tension qui lui est appliquée, dans lequel ledit dispositif de disjonction peut être commandé, de façon répétitive, par un commutateur de commande fonctionnant en réponseetàAa fois à une limitation et un interrupteur de courant à un déplacement de la partie mobile associée qui en résulte. L'invention permet d'atteindre, par le fait que l'on prévoit un disjoncteur de circuit comportant une paire de contactsséparableg un élément de limitation de courant du type à auto-rétablissement, comportant une certaine quantité d'une matière de limitation de courant ayant de bonnes propriétés de conduction électrique à la température ambiante ordinaire et sensible à un passage de courant élevé dépassant une valeur prédéterminée qui le fait s'évaporer en un gaz ayant une résistance électrique très élevée et un dispositif de déclenchement sensible à la pression élevée produite par le gaz et projetant extérieurement l'élément de limitation de courant ainsi que des moyens sensibles à la projection dudit dispositif de déclenchement pour séparer les contacts l'un de l'autre. Les moyens sensibles à la projection du dispositif de déclenchement peuvent comporter, de préférence, une tige de disjonction placée à l'opposé de ltélément de limitation de courant du type à auto-rétablissement et prévuepour être déplacéeen fonction de la projection dudit dispositif de déclenchement, ainsi qu'un organe de verrouillage engageant normalement la tige de disjonction, le déplacement de ladite tige de disjonction provoquant le désengagement de l'organe de verrouillage et permettant aux contacts de s'écarter l'un de l'autre. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: - la figure 1 est une vue schématique d'un disjoncteur de circuit selon les principes de la présente invention, ce disjoncteur étant représenté en position fermée - la figure 2 est une vue identique à la figure 1 mais montrant le disjoncteur en position ouverte - la figure 3 est une représentation schématique d'une variante de réalisation de l'invention représentée en position fermée - la figue 4 est une vue identique à la figure 3 mais montrant le disjoncteur en position ouverte - la figure 5 est une vue en élévation frontale, avec arrachement partiel, d'un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 6 représene le schéma d'une autre modification de l'invention. En se référant maintenant au: dessins et en particulier aux figures i et 2, on voit que ces dessins représentent un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif représenté comporte un élément de limitation de courant du type à auto-rétablissement comprenant une certaine quantité d'un matériau de limitation de courant (non représenté) et un dispositif de déclenchement 12 pouvant se déplacer en traversant une extrémité de l'élément 10.Le matériau de limitation de courant est normalement sous forme d'un liquide ou d'un solide constituant un conducteur électrique aussi-bon que les matériaux métalliques en général, à la température ordinaire de lab-oratoire,mais il répond un passage de courant élevé, supérieur à une valeur prédéterminée, en engendrant de la chaleur pas effet Joule jusqu'à s'évaporer en un gaz correspondant ayant une résistance électrique très élevée, réalisant ainsi l'opération de limitation de courant lorsqu'il se détend.Lorsque le matériau de limitation de courant est évaporé, le dispositif de déclenchement 12 est adapté pour être projeté quelque peu ou faire saillie à partir de l'extrémité adjacente de l'élément de limitation de courant 10 enraison de la dilatation résultante du matériau évaporé ou de la pression élevée produite par le gaz résultant. Le matériau de limitation de courant peut être de préférence un métal alcalin tel que le sodium (Na), le potassium, (K) ou un alliage de c: ces éléments Le description détaillée de l'élément de limitation de courant 10 peut être trouvée,par exemple, dans le brevet déposé aux Etats Unis d'knérique sous le NO 7 599 137. Le dispositif de déclenchement peut être constitué par un organe intermédiaire de pression 30 comportant un cylindre 36 rempli de gaz comprimé, un piston 32 monté coulissant dans le cylindredune. tige 34 de piston reliée au piston, comme représenté à la figure 1 du brevet susmentionné. Le dispositif de déclenchement 12 comporte un bras de contact mobile 14 faisant corps avec son extrémité libre, en forme de T. Le bras de contact mobile 14 est mis, à une extrémité, d'un contact électrique mobile 16 engageant normalement un contact fixe 18 placé sur une borne ou analogue 20 du disJoncteur électrique.Un verrou ou analogue 22, soumis à l'action d'un ressort, comporte une extrémité recourbée servant à maintenir le bras mobile 14 dans u- de ses deut po-itlons pour laquelle ledit bras est engagé, à son autre extrémité, par l'extrémité recourbée 22 de façon à être maintenu de manière basculante,tandis que le contact mobile 16 est en engagement avec le contact fixe 18 (voir la figure 1) et servant également à maintenir le bras 14 e-n son autre position pour laquelle l'autre extrémité dudit bras 14 et entourée par l'extrémité recourbée du verrou 22 de manière à maintenir le contact mobile 16 en position ouverte par rapport au contact fixe 18 (voir la figure 2).Le verrou 22 est relié fonctionnellement à des moyens de commutation actionnés manuellement (non représentés) pour engager ou désengager le contact mcbile 16 avec le contact 18 ou dudit contact. Comme représenté aux figures 1 et 2, l'élément de limitation de courant 10est- muni, à son autre extrémité, d'une borne 24. Dans le montage représenté à la figure i un circuit de courant part de la borne 20, passe par le contact fixe 18, le contact mobile 16, le dispositif de déclenchement 14 et le matériau de limitation de courant placé dans l'élément de limitation de courant 10 et arrive à la -borne 24. Dans ces conditions on suppose qu'une source d'énergie électrique (non représentée) reliée à la borne 20 délivre ure énergie électrique à une charge (non représentée) reliée à la borne 24 par le circuit de courant qui vient d'être décrit pour faire fonctionner normalement le montage. Dans ces conditions supposées,sgme défaillance se produit tel le /crti'un cour±circuit pour une raison quelconque, provoquant le passage d'un courant élevé tassant d'une valeur prédéterminée dans le disjoncteur de circuit représenté à la figue 1, ce courant entraîne l'évaporation du matériau de limitation de courant se trouvant dans l'élément de limitation de courant 10 en raison de l'effet Joule qui y est engendré et est du au passage de ce courant élevé, pour donner un gaz correspondant ayant une résistance électrique très élevée qui réalise l'opération de limitation de courant.Le gaz ainsi formé se dilate pour faire saillir ou jaillir le dispositif de déclenchement 12 de l'extrémité de l'élément de limitation de courant 10 et forcer le bras mobile 14 à s'écarter dudit élément 10. Il en résulte que le contact mobile 16 se sépare du contact fixe 18. En même temps le ventru 22 tourne autour de son axe de sorte que son extrémité recourbée entoure le bras de contact mobile 14 et le maintient en position ouverte comme représenté à la figure 2. De cette façon le circuit associé est protégé contre un excès de courant de valeur prédéterminée. Ensuite la défaillance disparaît et le matériau de limitation de courant se trouvant dans l'élément de limitation de courant 10 revient à sa température normale ou temparature ordinaire de laboratoire et est ramené à sa forme originale d'un liquide ou d'un solide ayant une bonne conductivité. Par conséquent le dispositif de déclenchement 12 tend à revenir automatiquement à sa position originale. A cet instant le verrou 22 peut être actionné manuellement pour que le contact mobile 16 engage le contact fixe 18 par la force d'auto-rétablissement donnée par le dispositif de déclenchement 12. Ainsi le circuit associé esgramené à son état initial. On voit de ce qui précède que le disjoncteur de circuit représenté aux figures 1 et 2 élimine la nécessité de remplacer un fusible pour chaque défaillance comme c'était le cas dans la pratique antérieure. Aux figures 7 et 4 où les mêmes chiffres de référence désignent des composants identiques à ceux représentés aux figures 1 et 2, on a montré une variante de réalisation de l'invention. Le dispositif représenté diffère de celui représenté aux figures 1 et 2 uniquement par le fait que dans les figures 7 et 4 le bras du contact mobile 14 est relié électriquement, par l'intermédiaire d'un conducteur souple 26, au matériau de limitation de courant (non représenté) placé dans l'élément de limitation de courant 10, mais n'est pas relié mécaniquement au dispositif de déclenchement 12. Le bras de contact mobile 14 est également relié fonctionnellement à un ressort 28 servant à donner une pression de contact suffisante aux contacts mobile etfixe 16 et 18 respectivement.Pour le reste le montage estserEllement identique à celui des figures 1 et 2. La figure 5 montre une autre variante de l'invention dans laquelle un mécanisme de disjonction est utilisé. Le montage représenté comporte un carter 30 fait en un matériau électriquement isolant convenable et un élément de limitation de courant 10, un dispositif de déclenchement 12 étant disposé convenablement dans le carter 30. L'élément de limitation de courant et le dispositif de déclenchement 12 sont identiques aux composants correspondant représentés aux figures 3 et 4. Gependant un matériau de limitation de courant (non représenté) placé dans l'élément 10 est relié électriquement à une paire de conducteurs32a et 32b faisant saillie de lLément 10, mais non au conducteur souple 26 et à la borne 24. Le conducteur 32a est relié à une borne 54 tandis que le conducteur 52tétait relié à une autre borne (non représentée). Comme représenté à k figure 5 le dispositif de déclenchement 12 est placé à l'opposé et à une certaine distance de la tige de disjonction 56, montée rotativement autour d'une goupille 38 fixée de façon convenable ai carter 30. La tige de disjontion 56 forme un rriecanisme de disjonction de construction bien connue a-nec un ergot dWrret 40 fixé sur elle et un verrou ou analogue 42 engageant normalement l'ergot d'arrêt 40. Le verrou 42 est relié fonctionnellement à un mécanisme à leviersarticulésde type connu (non représenté). Uns tige de commutation actionnée manuellement 44 fait saillie sur le carter 30 pour ouvrir et fermer manuellement les contacts électriques (non représentés) placés dans ledit carter 30. Lorsqu'il se produit une défaillance telequ'un court-circuit dans le circuit associé, l'élément de limitation de courant 10 du type à auto-rétablissement est actionné pour réaliser les opérations de limitation de courant de la même façon qu'il a été décrit ci-dessus en liaison avec les figures 1 et 2,tandis qu'en même temps il oblige le dispositif de déclenchement 12 à exercer une poussée contre la tige de disjonction 36 pour faire tourner cette dernière autour de l'axe de la goupille 38. Ainsi le verrou retenu par l'ergot d'arrêt 44 est relâché de façon à permettre la réalisation de l'opération de déclenchement automatique de sorte que les contacts (non représentés) sont amenés en position ouverte grâce à un mécanisme à leviers articulés (non représenté ) relié au verrou 42. Le matériau de limitation de courant (non représenté) placé dans l'élément 10 est ramené à sa forme d'origine de solide ou de liquide, selon le cas, à la suite de quoi le dispositif de déclenchement 12 est remené à sa position initiale par l'intermédiaire du ressort associé (non représenté). Ainsi le dispositif est prêt pour une opération suivante de limitation et d'interruption de courant. La figure 6 montre un schéma de circuit correspondant à une modification différente de l'invention. Danse mode de réalisation représenté à la figure 6,un élément de limitation de courant 10, avec un dispositif de déclenchement 12 tel que celui représenté à la figure 5, est relié en série avec le corps principal 50 d'un disjoncteur de circuit entre une borne 52 d'une source de courant et une borne de charge 52. Le corps de disjoncteur 5C est relié fonctionnellement à un dispositif de disjonction sensible à la tension représenté par un enroulement 56 relié à un commutateur 58 relié fonctionnellement au dispositif de déclenchement 12.Lorsqu'il reçoit une tension de la borne 60 par l'intermédiaire du commutateur fermé 58, le dispositif d dito cnr±-n 56 est alimenté et provoque une attraction Kiectro-magnétique servant à actionner un mécanisme de verrouillage (non représenté pc'c dans le corps de disjonteur 50 pour mettre ce dernier en position ouverte. Dans le mode normal de fonctionnement, le commutateur 58 est en position ouverte pour maintenir le dispositif 56 à l'état non alimenté, tandis qu'une énergie électrique est délivrée à partir d'une source (non représentée) par la borne 52, le disjoncteur principal fermé 50, l'élément de limitation de courant 10 et la borne de charge 54, à une charge (non représentée). Lorsqu'il se produit, par exemple, un court-circuit dans la charge, l'élément de limitation de courant 10 fonctionne de la façon qui est décrite précédemment et repousse le dispositif de déclenchement 12 vers le commutateur de commande 58 jusqu'à ce que le commutateur soit fermé. Gette fermeture du commutateur 5 & permet au dispositif de disjonction 56 d'être alimenté ce qui amène le corps de disjoncteur principal 50 en position ouverte comme il a été décrit précédemment.Ainsi le circuit associé est protégé contre un court-circuit. Après que la cause du court-circuit ait disparu, le matériau de limitation de courant (non repréoenté),placé dans l'élément 10, atteint à nouveau la température ordinaire pour laquelle il rétablit la conductivité électrique tandis que le dispositif de déclenchement 12 est ramené automatiquement à sa position d'origine. Ceci a pour effet que le commutateur 58 est mis à nouveau en position ouverte pour couper l'alimentation du dispositif de disjonction 56, permettant la refermeture du disjoncteur principal 50. L'invention présente plusieurs avantages. Gomme il a été indiqué ci-dessus elle élimine la nécessité de remplacer l'élément de limitation de courant pour chaque défaillance 91j qu'un court-circuit. Seule la disparition de la cause d'une telle défaillance permet au disjoncteur de circuit selon la présente invention d'être ramené automatiquement à son état de fonctionnement d'origine. En particulier dans le montage de la figure 5 l'élément de limitation de courant du type à auto-rétablissement est relié fonctionnellement au mécanisme de disjonction automatique de telle sorte que, lors de l'interruption d'un courant excèssif, l'opération de limitation de courant est réalisé de façon effective pour permettre d'interrompre facilement tout courant de court-circuit élevé.De plus l'absence de dispositifs de disjonction thermosensibles et électro magnétiques permet d'obtenir un disjoncteur de circuit de construction simple et de petites dimensions, tout en présentant un pouvoir de coupure élevé. En outre, dans le montage représenté à la figure 6, seule la disparition de la cause d'une défaillance donnée permet la refermeture du disjoncteur principal ce qui permet d'obtenir une opération de rétablissement très simple et l'opération de limitation de courant a pour conséquence que le disjoncteur interromytfacilement tout courant anormal. De plus,lorsque le disjoncteur de circuit est ouvert et fermé par le dispositif de disjonction 50 sensible à une tension, il est possible de réaliser une commande à distance. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se référant à quelques modes de réalisation préférentiels, :lcvieftde comprendre que l'on put y apporter de nombreux changements et de nombreuses modifications. G'est ainsi par exemple que dans le montage de la figure 6 l'interruption peut être réalisée en utilisant le commutateur 58 pour couper l'alimentation du dispositif de disjonction 50. 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 réalisées selon ltesprit de l'invention. BEVENDIGATIONS 1 isjoncteur pour circuit électrique,caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison, une paire de contactsséparables un élément de limitation de courant du type à auto-rétablissement renfermant une certaine quantité de matériau de limitation de courant présentant de bonnes propriétés de conductivité électrique à la température ordinaire de laboratoire et susceptible de s'évaporer, lorsqu'il est parcouru par un courant élevé dépassant une valeur prédéterminée, en donnant un gaz correspondant ayant une résistance électrique très élevée et un dispositif de déclenchement sensible à la pression élevée produite par ledit gaz qui est'prcleté extérieurement audit élément de limitation de courant, ainsi que des moyens sensibles à la projection vers l'extérieur dudit dispositif de déclenchement et prévus pour séparer lesdits contacts l'un de l'autre. 2.- Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités sensibles à la projection extérieure du dispositif de déclenchement comportent une tige de disjonction placée à l'opposé de l'élément de limitation de courant précité et déplacée par la projection dudit dispositif de déclenchement et un organe de verouillage engageant normalement ladite tige, le mouvement de cette dernière ayant pour conséquence que l'organe de verrouillage précité est libéré de ladite tige de sorte que lesdits contacts peuvent être séparés l'un de l'autre. 3.- Disjoncteur selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il comporte un corps principal de disjoncteur maintenu normalement en position fermée et relié en série avec l'élément de limitation de courant précité, un commutateur de commande sensible à la projection vers l'extérieur dudit dispositif de déclenchement et susceptible de passer de sa position ouverte à sa position fermée ou inversement et des moyens de disjonction reliés fonctionnellement audit corps principal de disjoncteur, sensibles au changement de position dudit commutateur et amenant ledit corps principal en position ouverte.