Brevet FR2267629A1 — publié le 19751107

La présente invention se rapporte à un dispositif de détection de surcharges électriques, applicable notamment à la protection des transformateurs branchés sur une ligne polyphasée. I1 est connu de protéger les transformateurs de distribution de courant électrique par un disjoncteur dont le déclenchement est commandé par un dispositif mécanique agissant sous l'ac- tion temporisée de détecteurs de surcharge decourant tels que des éléments bimétalliques ou bilames. Les agencements connus de ce genre présentent l'inconvénient général que le déclenchement se produit au bout du m8me temps, que la surcharge de courant soit monophasée ou polyphasée, c est-à-dire qu'elle apparaisse sur un seul conducteur ou sur plusieurs conducteurs de la ligne polyphasée (généralement triphasée).Or, il apparatt qu'un transformateur qui supporte sans dommage une surcharge triphasée pendant un certain temps peut supporter une surcharge monophasée de mAeme importance pendant un temps beaueoup plus long, ou encore qu'un transformateur peut supporter pendant un même temps une surcharge monophasée plus forte qu'une surcharge triphasée. La présente invention a pour but de permettre la différenciation des divers cas de surcharge d'une ligne ou d'un transformateur polyphasé et de commander appareil de protection, tel qu'un disjoncteur, d'une manière adaptée à chaque cas de surcharge. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection de surcharges sur une ligne électrique polyphasée, lequel commande un appareil de protection en fonction de la somme des surcharges affectant respectivement chaque phase de la ligne. L'action d'un tel dispositif dépend donc du type de surcharge et varie selon qutil s'agit d'une surcharge monophasée ou d'une surcharge polyphasée. Son action sera par exemple,pour une surcharge biphasée, double de celle correspondant à une surcharge monophasée égale, ce qui permet d'obtenir un seuil de protection plus élevé pour une surcharge monophasée que pour une surcharge biphasée. Le dispositif selon l'invention comprend un mécanisme sommateur comportant un organe de sortie et autant d'organes d'entrée qu'il y a de conducteurs de phase à surveiller dans la ligne (donc trois organes d'entrée pour le cas le plus fréquent d'une ligne triphasée). Chaque organe d'entrée est actionné méca uniquement par un détecteur de surcharge distinct, affecté à un conducteur de phase particulier et constitué de préférence par un élément bimétallique défléchissant sous l'action du courant traversant le conducteur correspondant. Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, le mécanisme sommateur est constitué par une channe de biellettes de préférence identiques et reliées entre elles à leurs extrémités adjacentes par des articulations avec glissement. Chaque biellette peut pivoter autour d'un axe solidaire de celle-ci et entratné par une tige d'entrée respective. La chatne de biellettes peut ainsi se déformer en restant dans un plan, à partir d'une position de repos où les biellettes sont alignées. Les tiges d'entrée sont parallèles audit plan et perpendiculaires à la direction de la channe de biellettes au repos. L'extrémité de la première biellette opposée à son extrémité articulée à la deuxième biellette est articulée autour d'un axe fixe. L'extrémité de la dernière biellette constitue l'organe de sortie du mécanisme et actionne par son déplacement l'appareil commandé. En cas de surcharge, les axes des biellettes d'ordre pair sont entratnés en translation dans un sens par les tiges d'entrée et ceux des biellettes d'ordre impair en sens contraire, ce qui est obtenu en disposant les détecteurs de surcharge alternativement d'un cAoté et de l'autre de la channe de bielletteqle sens de leur action mécanique sur celles-ci étant toujours dirigé vers la chatne de biellettes. De cette manière, chaque détecteur de surcharge cause, par l'intermédiaire du mécanisme sommateur, un déplacement de meme sens de 1 organe de sortie, de sorte que toutes les actions des détecteurs s'additionnent au niveau dudit organe qui se déplace d'une longueur sensiblement proportionnelle à la somme de ces actions.Si l'axe d'entratnement solidaire de chaque biellette est fixé au milieu de cele-ci, l'organe de sortie se déplace sensiblement du double de la somme des déplacements individuels des détecteurs de surcharge. Ce doublement du déplacement de l'organe de sortie correspond à une augmentation de la sensibilité du dispositif. D'une manière avantageuse, les détecteurs de surcharge parcourent à vide, en cas de surcharge, une course de garde de longueur réglable avant d'actionner les tiges d'entrée du mécanisme. De même, l'organe de sortie du mécanisme parcourent à vide une course de garde de longueur réglable avant d'actionner l'appareil à commander en cas de surcharge.Ces dispositions sont très importantes et permettent en particulier, pour une ligne triphasée, de limiteur à une valeur choisie le seuil de surcharge monophasée admissible et à une autre valeur le seuil de surcharge triphasée admissible; en peut ainsi adapter aisément le dispositif selon l'invention aux caractéristiques de l'appareil à protéger connecté à la ligne polyphasée et l'utiliser par exemple pour la protection de transformateurs d'une tee puissance de tous types. En outre, un choix judicieux des détecteurs de surcharge (de préférence des éléments bimétalliques) permet l'adaptation du dispositif à tous les niveaux de puissance de l'appareil à protéger, par exemple à des transformateurs de différents puissances nominales. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exeipîes non limitatifs, permettra de bien comprendre cornent la présente invention peut entre mise en prativ Les figures 1 à 3 représentent schématiquement la chaino de biellettes d'un dispositif selon l'invention, dans trois positions différentes. ta figure 4 représente schématiquement un dispositif selon 1 l'invention. ta figure 5 représente un graphique précisant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. ta figure 6 représente en perspective un dispositif selon l'invention. ta figure 7 représente une vue on plan du mécanisme à biellettes d'un dispositif selon l'invention. Un dispositif de détection de surcharges selon ltinven- tion comprend essentiellement une chatne déformable de trois biellettes identiques 10, 20, 30 associées à des détecteurs de surcharge respectifs Il, 21, 31 qui sent dans le présent exemple des bilames à chauffage direct parcourues par les courants de phase L'appareil à protéger contre les surcharges est ici broché sur une ligne triphasée ; c ' est pourquoi il y a trois bilames et trois biellettes, chacune étant affectée à un conducteur de la ligne. Dans le cas de la protection d'un transformateur, les bilames sont pontées en série dans le circuit secondaire de celui-ci. Chaque biellette porte en son milieu un axe 12, 22 ou 32 qui peut se déplacer selon une droite 13, 23 6u 33 perpendiculaire à la direction des biellettes alignées en position de repos (figure 1), sous l'action de la déflexion de la bilame respective 11, 21 ou 31. Les biellettes sont liées l'une à l'autre par des articulations avec glissement entre leurs extrémités en regard. A cet effet, chaque biellette porte un goujon d'extrémité 14, 24, 34 qui peut glisser dans une coulisse 15,25,35 placée à l'extrémité adjacente de la biellette suivante. Les biellettes sont ainsi reliées par des articulations à glissement 14-25 et 24-35, tandis que la coulisse 15 de la première biellette 10 est associée à un goujon 1 fixe et que le goujon 34 de la troisième biellette 30 constitue organe de sortie du mécanisme. Les bilames 11 et 31 sont placées d'un coté de la channe de biellettes et la bilame 21 de 11 autre cotés de sorte que leurs actions par déflexion en direction des biellettes se répercutent toutes dans le même sens sur le déplacement de l'organe de sortie 34. I1 est alors facile de voir qu'une déflexion déterminée d'une bilame quelconque entraene un déplacement double du goujon 34 et que ce dernier se déplace du double de la somme des déflexions individuelles de plusieurs bilames. Ainsi par exemple (fig. 2), une déflexion a de la bilame 11 entratne un déplacement 2a de l'organe de sortie 34; si en outre (fig. 3) la bilame 21 subit une déflexion b, ce dernier se déplace d'une longueur 2a + 2b. Le déplacement de 1 1organe de sortie 34 qui combine additivement les déflexions des trois bilames 11,21,31 respectivement parcourues par le courant électrique de l'un des trois conducteurs de phase est mis à profit pour actionner mécaniquement une tige de commande 2 de la serrure d'un disjoncteur 3 protégeant un transformateur branché sur la ligne triphasée. Pour permettre un réglage du seuil et de la temporisation de déclenchement de l'ouverture du disjoncteur de protection 3 pour chaque type de surcharge qui peut apparattre, on a prévu (fig. 4) des courses de garde à vide d-'amplitude réglable, à savoir une course de garde fi pour chaque bilame 11,21 et 31 et une course de garde x pour l'organe de sortie 34, que ces éléments doivent parcourir avant de commencer à agir respectivement sur des tiges coulissantes 16,26,36 articulées aux axes 12,22,32 des biellettes et sur la tige d'aetionnement 2 de la serrure du dis Joncteur 3. Le graphique de la figure 5 montre comment s'effectuent les déplacements des divers organes mobiles et comment peut titre réglé le dispositif selon l'invention. Lorsque l'une des bilames est parcourue par un courant de surcharge Is, elle défléchit et son extrémité se déplace selon une loi temporelle représentée par la courbe B caractéristique de la bilame. A l'instant tl, son extrémité a parcouru la course à vide ; elle commence alors à pousser la tige d'entrée correspondante qui se déplace suivant la courbe T déduite par un décalage g de la courbe B.En même temps, le goujon 34 se déplace suivant une courbe G déduite de la courbe T par homothétie de rapport égal à deux et atteint la fin de sa course à vide x à l'instant t2 où la bilame s'est déplacée d'une longueur g + #. Le goujon 34 commence alors a' pousser la tige 2 du disjoncteur 3,laquelle, après une course a selon la courbe D, cause le déclenchement de ce dernier et cela à l'instant t3. A cet instant qui marque la fin de la temporisation, la bilame a déflechi d'une longueur =g+y=g+2X a Si un nombre n de bilames défléchissent simultanément, chacune coopère au déplacement total du goujon 34 et lorsque celui-ci aura effectué sa course x + a, chaque bilame aura défléchi d'une longueur d g + Y g + (2 + 2) (1) Exemple de réglage.Un dispositif selon l'invention est destiné à déclencher un disjoncteur protégeant un transformateur triphasé dont le courant naminal est In dans chaque phase et qui peut supporter pendant 20 mn un courant de surcharge monophasée de 1,4 In ou un courant de surcharge triphasée de 1,2 In. Les trois bilames utilisées défléchissent de dm = 8 mm pour un courant de 1,4 In et de dt = 5ss5 mm pour un courant de 1,2 In. La course a de déverrouillage du disjoncteur est égale à 1 mm. Pour la surcharge monophasée, la relation (1) donne, avec n = 1 : dm =g+ z+a (2) m 2 et pour la surcharge triphasée = 3) : = 3) dt = g + lx+a (3) 3 2 La résolution des équations (2) et (3) donne immédiatement g = 4,25 mm et x = 6,5 mm Ces valeurs définissent les réglages nécessaires dans le cas présent : au repos, 11 extrémité de chaque bilame doit être écartée de g = 4,25 mm de l'extrémité de la tige d'entrée en regard et l'extrémité de la tige 2 de déclenchement du disjoncteur 3 doit être écartée de n = 6,5 mm du goujon 34. La déflexion utile (après course de garde) de chaque bilame est alors = x+a = 3,75 2 2 mm pour une surcharge monophasée et yt = 3(X 2 a) = 1,25 mm pour une surcharge triphasée. Cet exemple de réglage montre qu'un dispositif selon l'invention permet d'obtenir un seuil de déclenchement différent selon que la surcharge est monophasée ou triphasée, le déclencher ment se produisant au bout d'une durée de temporisation égale dans ces deux cas. La figure 6 représente la structure générale dtun dispositif selon l'invention. Le mécanisme sommateur est placé dans un bottier plat 4 qui contient la channe de biellettes 10,20,30 et d'où émergent d'un côté les tiges d'entrée 16 et 36 et de l'autre côté la tige d'entrée 26, ainsi qu'à une extrémité la dernière biellette 30 portant le goujon de sortie 34 disposé en regard de la tige 2 de déclenchement du disjoncteur 3.Les trois bilames 11,21,31 sont placées respectivement en regard des tiges d'entrée 16,26,36 et défléchissent vers celles-ci lorsqu'elles sont percourue,s par le courant électrique de chaque conducteur de en série avec pnase/lequel elles sont respectivement reliées par un socle mé tallique de fixation 17,27,37 du pied de bilame et par une tresse métallique souple 18,28,38. L'extrémité de chaque bilame est munie d'une vis de réglage 19,29,39 en regard avec la tige d'entrée 16,26,36 correspondante, qui permet d'en ajuster l'écartement s égal à la course de garde de chaque extrémité de bilame. La figure 7 représente un mode de réalisation d'un bottier 4 de mécanisme sommateur, contenant la channe de trois biellettes 10,20,30 articulées, représentées alignées en position de repos. Leurs axes médians 12,22,32 pivotent dans trois pièces 16a,26a,36a respectivement liées aux tiges d'entrée 16,26,36 qui coulissent et sont guidées, perpendiculairement à la direction des biellettes au repos, dans des trous pratiqués dans les parois latérales 5,6 du bottier 4. Les axes médians 12,22,32 sont de plus guidés en translation dans des lumières oblongues 12a,22a, 32a pratiquées dans le couvercle 7 du bottier 4 et dans le fond de celui-ci. Trois ressorts de compression 16b,26b,36b, disposés sur les tiges d'entrée alternativement d'un côté et de l'autre des biellettes 10,20,30, rappellent celles-ci en position de repos où elles sont alignées, leurs axes 12,22,32 butant contre l'extrémité des lumières de guidage 12a,22a,32a de ceux-ci. Lorsque les tiges 16,26,36 sont tionnées par les bilames 11,21,31 en défle xion, la chaîne de biellettes se déforme dans un plan parallèle auxdites tiges. Le goujon de sortie 34 peut actionner directement la tige 2 de déclenchement du disJoncteur 3 soit sans élément intermédiaire, soit par un intermédiaire mécanique qui peut être ou non sensible à la température ambiante ou à celle du transformateur à protéger (compensation thermique). - REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de surcharges électriques sur ligne polyphasée, destiné à commander un appareil, notamment à déclencher l'ouverture d'un disjoncteur protégeant la ligne et, plus particulièrement, un transformateur branché sur cette dernière, caractérisé par le fait qu'il comprend un mécanisme sommateur fournissant à sa sortie une action de commande sensiblement proportionnelle à la somme des actions mécaniques qu'il reçoit par chacune de ses entrées de la part de détecteurs de surcharge dont chacun est affecté à un conducteur de phase. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le mécanisme sommateur est constitué par une chalne déformable de biellettes identiques qui sont alignées en position de repos et dont le nombre est egal à celui des conducteurs de phase, chaque biellette pouvant pivoter dans un plan commun autour d'un axe solidaire de celle-ci, perpendiculaire audit plan et entralané en translation parallèlement à ce plan et perpendiculairement à la direction des biellettes au repos par une tige d'entrée sous l'action d'un détecteur de surcharge, les biellettes étant rappelées en position de repos par des ressorts agissant sur les tiges d'entrée et étant articulées entre elles avec glissement par leurs extrémités contiguës, la -première biellette étant toutefois articulée avec glissement autour d'un axe fize à son extrémité opposée à la deuxième biellette et l'extrémité libre de la dernière biellette constituant l'organe de sortie du mécanisme, tandis que les axes des biellettes d'ordre pair sont entralnés en translation dans un sens et ceux des biellettes d'ordre impair en sens contraire par les tiges d'entrées en cas de surcharge sur les conducteurs de phase respectifs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'axe de pivotement de chaque biellette est fixé au milieu de- celle-ci, l'organe de sortie se déplaçant du double de la somme des déplacements des tiges d'entrée. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'action des détecteurs de surcharge ne s'applique aux tiges d'entrée qu'après une course de garde respective de longueur réglable. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'org'fls de sortie n'agit sur l'appareil à commander qu'après une course de garde de longueur réglable. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les détecteurs-de surcharge sont des bilames, chacune d'elle défléchissant en direction dtune tige d'entrée respective sous l'effet du courant circulant dans un conducteur de phase déterminé. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'organe de sortie agit sur l'appareil à commander par l'intermédiaire d'un élément compensateur de température.