Brevet FR2240518A1 — publié le 19750307

L'invention concerne un dispositif électromécanique destiné à commander le declenchement d'un disjoncteur pour réseaux électriques MT ou HT, ou appareil similaire, sous l'action d'une faible puissance électrique. La manoeuvre de déclenchement d'un disjoncteur utilisé en protection d'un appareillage de réseau MT ou HT, comme par exemple un transformateur ou un condensateur, doit pouvoir oestre commandée lorsqu'il apparat un défaut, signalé par des dispositifs de protection ampèremétriques, Or la manoeuvre de déclenchement d'un disjoncteur classique en MT ou HT exige l'action-de forces comprises entre 0,5 et 30 daN sur des déplacements de quelques--dixièmes de millimètre à 8 millimètres environ. Une disposition classique consiste à utiliser des électroaimants pour fournir cette énergie. Nais ces électroaimants consomment couramment-de 100 à 300 watts. Comme la puissance disponible en sortie de certains détecteurs de défauts ou protections ampère métriques utilisant le courant de défaut comme source d'énergie, comme par exemple le capteur décrit au brevet n072 34316 du 28 Septembre 1972, est très Inférieur à la puissance de quelques centaines de watts nécessaire au fonctionnement des électroaimants de déclenchement mentionnés précédemment, il est alors nécessaire d'alimenter ces électroaimants à-l'aide d'une source~auxiliaire d'energie, a' travers un relais commandé par l'énergie prélevée sur le courant de défaut ;; mais si cette source auxiliaire énergie est défaillante, le disjoncteur ne déclenche pas lors de l'apparition d'un défaut ce qui peut être à 1 t origine dtincidents graves. Pour ne pas avoir à utiliser de source auxiliaire d'énergie qui peut être défaillante en cas de défaut, on a réalisé des- déclencheurs, dits déclencheurs percuteurs qui ne demandent pour agir qu'une puissance minime. Ils se composent essentiellement d' un percuteur qui sera lancé par l'impulsion d'un ressort pour provoquer le déclenchement, et qui est maintenu en position d'armé par un verrouillage mécanique manoeuvré par un dispositif électromagnétique. L'énergie nécessaire à la manoeuvre de déclenchement du disjoncteur est emmagasinée dans le ressort et seule l'énergie nécessaire pour déverrouiller le percuteur est fournie par le courant de commande au dispositif électromagnétique.Ce dispositif électromagnétique peut être constitué par une bobine montée sur une armature ferromagnétique qui attire une palette mobile lorsque le courant de commande passe dans la bobine, ou par une bobine qui contrarie l'attraction d'un aimant permanent sur une palette mobile qui est alors relâchée lorsque le courant de commande passe. Le mouvement de la palette mobile est transmis à la pièce de verrouillage du percuteur par l'intermédiaire de relais mécaniques. Ces déclencheurs percuteurs constituent un réel progrès sur les déclencheurs à source auxiliaire d'énergie électrique en ce sens que leur action ne nécessite qu'une énergie prélevée sur le courant de défaut lui-même, ce qui procure une grande sécurité. Toutefois ils possèdent les imperfections suivantes ; la faible énergie mise en jeu pour le déverrouillage du percuteur limite la force du-ressort qui doit propulser le percuteur, si bien que 1' énergie communiquée à celui-ci ne peut dépasser dans la pratique 0,1 joule, ce qui est insuffisant pour commander le déclenchement de disjoncteurs de puissance ; le relayage mécanique entre la palette mobile du dispositif électromagnétique de commande et le verrouillage du percuteur est délicat et complexe, car il ne doit comporter que des pièces légères et bien adaptées pour ne pas provoquer des manoeuvres intempestives sous l'influence des accélérations communiquées au déclencheur par les chocs de manoeuvre du disjoncteur commandé ; enfin lorsqu'un déclencheur a fonctionné il doit être réarmé mécaniquement, ce qui exclut les manoeuvres de réenclenchement automatique du disjoncteur après déclenchement sur un défaut fugace; il est toutefois possible d'utiliser l'énergie de déclenchement du disjoncteur pour effectuer le réarmement du déclencheur, mais ceci nécessite des dispositions mécaniques complexes et variables avec le type du disjoncteur. L'invention a pour objet un déclencheur percuteur de type per fectionné, -capable de libérer une énergie suffisante pour provoquer le- déclenchement de tous les types connus de disjoncteur, agissant sous l'effet d'une puissance électrique de commande assez faible pour pouvoir être dérivée de 11 énergie de défaut sans intervention de source auxiliaire d'énergie. L'invention propose à cet effet un dispositif déclencheur percuteur caractérisé essentiellement par un dispositif de verrouil- lage comportant un circuit magnétique principal mettant en oeuvre la force d'attraction d'un aimant permanent, en combinaison avec un dispositif de déverrouillage comportant un circuit magnétique auxiliaire équipé d'un enroulement de commande et adapté à provoquer, sous l'action d'un courant de commande, une réduction de ladite force d'attraction dudit aimants L'expérience a prouvé qutil était possible d'obtenir ainsi d'une part, une force d'attraction magnétique suffisante pour s' opposer à la poussée d'un ressort bandé avec l'énergie nécessaire pour commander le déclenchement d'un disjoncteur, et, d'autre part, la-possibilité de réaliser la commande de déclenchement avec une puissance électrique suffisamment faible pour pouvoir être directement fournie par un détecteur de défaut. Bn outre, le déverrouillage, opéré par réduction de la force d'attraction, étant obtenu par des moyens purement magnétiques, le dispositif est exempt de toutes pièces mécaniques de verrouillage qui seraient susceptibles de provoquer des déclenchements intempestifs sous l'effet des chocs de manoeuvre du disjoncteur. De plus le dispositif proposé ne -comprenant qutune seule pièce mobile ltorgane percuteur, l'adaptation d'un moyen de réarmement à ce dispositif devient très aisée!tandis que les variations d'état magnétique des circuits mis en oeuvre permettent de façon simple la détection de l'état de déverrouillage de l'organe percuteur et la commande automatique d'un moyen de réarmement. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence au dessin annexé qui est une coupe schématique d'un dé déclencheur percuteur suivant l'invention. Suivant la forme de réalisation choisie et représentée, le déclencheur percuteur comporte une tige-percuteur 1, sollicitée vers la commande de déclenchement d'un disjoncteur associé (non représenté) par un ressort 2. A l'intérieur d'un corps tubulaire 3 en matériau amagnétique se-*rouve un circuit magnétique principal composé dtune partie fixe constituée par un aimant permanent annulaire 4 et une culasse 5 en matériau ferromagnétique doux, et d'une armature mobile 6 en matériåu ferromagnétique doux solidaire de l'extrémité de la tige percuteur 1. Le déclencheur percuteur comporte par ailleurs un circuit magnétique auxiliaire constitué d'une armature en matériau ferromagnétique doux 7 dont la partie centrale ou noyau est entouré d'un enroulement 8 de commande. Ce circuit magnétique auxiliaire se referme par une partie 9 de la culasse 5, dite partie commune. Le déclencheur percuteur comporte en outre un électroaimant de réarmement, ciomprenant une armature fixe 10, une masselotte mobile ferromagnétique tubulaire 11 passant autour de la tige-percuteur I et pouvant buter sur un épau lement 12 de ladite tige-percuteur et une bobine 13 autour de la masselotte 11 ; un dispositif ieterrupteur sensible aux champs magnétiques 14, qui peut etre par exemple un interrupteur à lames souples, est disposé contre le corps tubulaire amagnétique 3, au voisinage du circuit magnétique principal. Le fonctionnement du déclencheur percuteur peut être compris de la façon suivante ; la position d'armé de la tige-percuteur du déclencheur est définie par l'accolement de l'armature mobile 6 à la partie fixe constituée par l'aimant permanent 4 et la culasse 5 ; dans cette position la tige-percuteur 1 est retenue par la force d'attraction magnétique développée par le flux magnétique circulant dans le circuit magnétique principal fermé, et sollicitée en sens contraire par la force élastique du ressort 2 bandé.Lorsqu'un courant de commande circule, dans un sens convenable, dans l'enroulement 8, un flux magnétique s'établit dans le circuit ma gnétiqueauxiliaire, constitué par l'armature fixe 7 et la partie commune 9 de la culasse 5, et vient s'additionner, dans cette partie commune au flux magnétique créé par l'aimant permanent 4 dans le circuit magnétique principal. L'accroissement de flux magnétique dansla partie commune 9 des circuits magnétiques résultant de cette addition provoque une opposition accrue à la circulation du flux magnétique dans le circuit magnétique principal, amplifiée encore par l'augmentation de réluctance dans la partie commune 9 due à une saturation du matériau ferromagnétique qui la constitue.Le flux magnétique circulant dans le circuit-magnétique principal est donc réduit, et la force d'attractipn magnétique retenant la tige-percuteur 1 en position d'armé devient inférieure à la force élastique du ressort bandé, qui projette alors la tigepercuteur sur la commande de déclenchement du disjoncteur. Lorsque la tige-percuteur 1 est relâchée et que l'armature mobile 6 s'écarte de la partie fixe du circuit magnétique principal, il apparat un champ magnétique de dispersion au voisinage de ce circuit magnétique principal ainsi ouvert, ce champ de dispersion agissant sur le dispositif -interrupteur 14 sensible au champ magnétique, qui se ferme. La fermeture de ce dispositif ip terrupteur fournit une commande de signalisation du désarmement du déclencheur percuteur, et éventuellement une commande pour une opération à effectuer en cas de désarmement. Le réarmement du déclencheur-percuteur est commandé en alimentant la bobine 13 de l'électroaimant de réarmement à partir d' une source auxiliaire-d'énergie électrique ; sous l'action du courant qui traverse cette bobine, l'électroaimant de réarmement est excité et la masselotte 11 est appelée pour fermer le circuit magnétique qu'elle constitue avec l'armature fixe 10 et dans son mouvement repousse la tige-percuteur 1 en position d'armé par 1' intermédiaire de l'épaulement 12, accolant l'armature mobile 6 à la partie fixe du circuit magnétique principal. I1 est aisé d'obtenir un réarmement automatique du déclen ckeur percuteur après un déclenchement du disjoncteur sur un défaut fugace. A cet effet, la bobine 13 de L'électroaimant est alimentée par la source d'énergie électrique auxiliaire a' travers le dispositif interrupteur 14.Dans cette disposition de branchement le courant de commande résultant dtun défaut traverse 1' enroule- ment 8 du circuit magnétique auxiliaire, et provoque en séquence liée} le relâchement de la tige-percuteur 1 qui se trouve projetée sur la commande de déclenchement du disjoncteur et actionne ce déclenchement, llouverture du circuit magnétique principal, l'apparition d'un champ magnétique-de dispersion agissant sur le dispositif interrupteur 14, la fermeture du contact de celui-ci, 11 alimentation de la bobine de ltélectroaimant de réarmement, la remise en position d'armé de la tige-percuteur, la- fermeture du circuit magnétique principal, l'ouverture du contact du dispositif interrupteur 14 et la désexcitation de l'électroaimant de commande. Suivant une forme proférée de réalisation du déclencheur percuteur suivant l'invention, les dimensions et formes des élements constituant le circuit magnétique principal et le circuit magnétique auxiliaire, à savoir l'aimant permanent 4, l'armature mobile 6 l'armature fixe 7, la culasse 5 et plus particulièrement la partie commune 9, sont choisies, compte tenu des caractéristiques magnétiques des matériaux qui les composent, pour que les variations du flux magnétique traversant 1'aimant 4 qui résultent du fonction nement du décîencheur-percuteur,nefas'sent pas apparaRtre dans cet aimant de champ magnétique qui modifie de façon permanente l'intensité d'aimantation de cet aimant et donc les caractéristiques du déclencheur percuteur Au cas où le réarmement automatique du déclencheur n' est pas utile, par exemple lorsqu'il est associé à un disjoncteur MT à réenclenchement manuel protégeant une installation d'abonné, on pourrait évidemment supprimer l'électroaimant de réarmement et l'interrupteur à lame souple, ou simplement les laisser-inutilisés, sans sortir du cadre de l'invention0 On a réalisé un déclencheur percuteur selon l'inventiona destiné à être associé par exemple à un capteur tel que décrit au brevet nO 72 34316 du 28 Septembre-1972 et qui présente les caractéristiques suivantes Hauteur : 180 mm Diamètre : 50 mm Anergie disponible pour le déclenchement : 1 J Puissance de commande : 30 mW Ce déclencheur percuteur s'est avéré être capable de provoquer le déclenchement de tous les type de disjoncteur utilisés. REVENDICATI0NS 1. Déclencheur percuteur pour provoquer le déclenchement a, un disjoncteur électrique, du genre opérant par projection d'une tige-percuteur sous la détente d'un ressort de propulsion sur 1' organe de commande de déclenchement de ce disjoncteur, ladite tige-percuteur étant déverrouillée de sa-position d' armé sous 1' action d'un courant électrique de commande, caractérisé par un dispositif de verrouillage comportant un circuit magnétique principal mettant en oeuvre la force d'attraction d'un aimant perma nent, en combinaison avec un dispositif de déverrouillage comportant un circuit magnétique auxiliaire équipé d'un enroulement de commande et adapté à provoquer,- sous action dlun courant de commande, une réduction de ladite force d'attraction dudit aimant. 2. Declencheur percuteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit magnétique principal est composé d'une partie fixe comprenant un aimant permanent et une culasse, et- d'une armature mobile solidaire de ladite tige-percuteur et accolée à ladite partie fixe en position d'armé, ladite partie fixe étant adaptée à exercer sur ladite armature mobile une attraction magnétique supérieure à la force de détente dudlt ressort bandé, et en ce que ledit circuit auxiliaire comporte une branche commune avec lendit circuit magnétique principal et est adapté à faire varier, sous l'effet du courant de commande, les caractéristiques magnétiques de laite branche commune dans le sens voulu pour déverrouiller ladite tige-percuteur. 3. Déclencheur percuteur suivant la revendication 2,- caractérisé en ce que ladite branche commune des circuits magnétiques principal et auxiliaire est une partie commune de ladite culasse du circuit magnétique principal} et en ce que le flux magnétique créé par le courant de commande traversant ledit enroulement de commande-dans ledit circuit magnétique auxiliaire vient s'additionner dans ladite partie commune de ladite culasse, au flux magnétique créé par ledit aimant permanent dans ledit circuit: magnétique principal. 4. Déclencheur percuteur selon la revendication 2, caractéri -sé en ce qu'il comporte en outre un dispositif interrupteur sensible aux champs magnétiques situé au voisinage du circuit magnétique principal en sorte que le champ magnétique de dispersion résultant de l'ouverture du -circuit magnétique principal lors du relâchement de la tige-percuteur de sa position dtarmé actionne ledit dispositif interrupteur 5.Déclencheur percuteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est muni en outre d'un électroaimant de réarmement équipé d'un noyau mobile adapté à repousser ladite tige-percuteur en position d'armés 6O Déclencheur percuteur suivant les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit dispositif interrupteur sensible aux champs magnétiques possède un contact qui se ferme lorsque ledit dispositif interrupteurest soumis au champ magnétique de dispersion résultant de l'ouverture du circuit magnétique principal, et en ce que ledit électroaimant de réarmement est alimenté à travers le contact susdit, en sorte que le passage d'un courant de commande dans l'enroulement du circuit magnétique auxiliaire provoque, en séquence liée, le relâchement de ladite tige-percuteur pour déclencher le disjoncteur, l'ouverture du circuit magnétique principal, la fermeture du contact susdit du dispositif interrupteursen- sible aux champs magnétiques, l'alimentation de l'électroaimant de réarmement, et le retour de la tige-pércuteur en position d'armé.