Brevet FR2336786A1 — publié le 19770722

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Georges BERNARD, est revive à un disjoncteur électrique ayant une paire de contactes, dont un contact mobile sollicité en position d'ouverture par un ressort, armé au cours du mouvement de fermeture des contacts sous l'action dtun mécanisme d'enclenchement, et un accrochage mécanique du contact mobile en position de fermeture, sollicité en position de libération du contact mobile par un ressort armé par le déplacement de l'accrochage en position active, ledit accrochage étant susceptible d'être verrouillé en position d'accrochage par un dispositif électromagnétique lorsque ce dernier est excité. L'impératif primordial d'un disjoncteur électrique est d'être en mesure de déclencher et d'interrompre le courant en cas de défaut en toutes conditions. A cet effet, il est classique d'emmagasiner l'énergie nécessaire d l'ouverture des contacts dans un ressort armé lors de la fermeture. On est ainsi assuré que cette énergie est disponible lorsque le disjoncteur est ferlé. Un accrochage maintient le disjoncteur en position enclenchée et l'énergie de déverrouillage de cet accrochage est généralement prélevée sur le courant à interrompre par des transformateurs d'intensité Cette source d'énergie n'est disponible qu'en cas de non-saturatlon des transformateurs d'intensité et de présence de courant.On est ainsi amené à utiliser des transformateurs d'intensité surdimensionnés qui sont particulièrement volumineux et coûteux. Pour pallier l'absence de courant, notamment lors d'un réenclenchement sur défaut, on est amené à adjoindre aux transformateurs d'intensité une source auxiliaire, dont la capacité est suffisante pour un certain nombre de manoeuvres de déclenchement. Les déclencheurs électroniques permettent de s'affranchir des transformateurs dtintensité, mais restent tributaires d'une source d'énergie d'alimentation des circuits de traitement des signaux électroniques et de commande de l'accrochage. L'impératif de sécurité absolue de fonctionnement du disjoncteur impose des circuits de contrôle et des sources auxiliaires ou de secours multiples rendant les installations actuelles très compliquées et d'un coût prohibitif. Cela explique le faible suecès des dispositifs électroniques de déclenchement de disjoncteurs, malgré leurs avantages indéniables. La présente invention a pour but de remédier à ces in convénients et de permettre la réalisation d'un disjoncteur à commande électronique de déclenchement fiable qui n'utilise pas des transformateurs d'intensité à circuit magnétique important. Le disjoncteur électrique selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un détecteur dépourvu de circuit magnétique, délivrant un signal représentatif de l'état d'une ligne protégée par ledit disjoncteur, un dispositif électronique de traitement dudit signal, délivrant un signal d'excitation dudit dispositif électromagnétique de verrouillage de l'accrocha- ge en condition normale de fonctionnement, une source d'alimentation électrique dudit dispositif électronique et dudit dispositif électromagnétique et un dispositif d'inhibition dudit mécanisme d'enclenchement piloté par ladite source d'alimentation de telle manière qu'une disparition de la tension de la source engendre un déclenchement et empêche tout enclenchement du disjoncteur. La combinaison selon l'invention d'un dispositif électronique de commande de déclenchement et d'un dispositif électromagnétique de verrouillage de ltaccrochage libérant cet accrochage en cas de manque de tension à la source d"alimentation du dispositif électronique,permet d'une manière particulièrement simple d'assurer la sécurité de déclenchement en cas d'incident. En empêchant tout enclenchement du disjoncteur en cas d'absence de tension à la source d'alimentation, on est assuré qu'après tout enclenchement les conditions pour réaliser un déclenchement sont acquises. La source d'énergie de maintien et de surveillance est avantageusement une batterie de condensateurs associée à un circuit de charges qui peut entre le réseau électrique ou en cas d'absence d'un tel réseau être dérivé du courant à interrompre.L'accumulateur d'énergie, constituant la source auxiliaire, confère une certaine autonomie de fonctionnement au disJoncteur, évitant des déclenchements intempestifs en cas de défaillance du circuit de charge, notamment du réseau électrique. Selon un développement de l'inventlon, la commande d'enclenchement du disjoncteur est électrique, par exemple à électroaimant alimenté par une source d'alimentation électrique, qui pourrait être commune à la source d'alimentation du dispositif électronique de déclenchement et du dispositif électromagnétique de verrouillage, mais est avantageusement distincte de cette dernière source, l'énergie d'enclenchement étant notablement plus importante que les énergies de verrouillage ou de traitement des signaux électroniques. Les capteurs de mesure et de contrôle, qui délivrent un signal électrique, sont particulièrement simples et se résument, notamment dans le cas du détecteur--de courant dans la ligne, à un simple bobinage sans circuit magnétique et à un diviseur capacitif pour le détecteur de tension. Les circuits électroniques centralisent les informations relatives à l'état de la ligne et des éléments du disjoncteur et assurent l'interverrouillage et la sécurité par des moyens extrêmement simples. La combinaison selon l'invention constitue un ensemble homogène permettant d'assurer simplement la sécurité de déclenchement indispensable pour des disjoncteurs électriques, sans faire appel à des dispositifs compliqués ou coûteux. Les éléments constitutifs de cette combinaison sont bien connus en soi, mais seule leur combinaison judicieuse selon l'invention fournit le résultat recherché. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre-de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1A et lB montrent le schéma synoptique d'un disJoncteur électrique équipé d'une commande électronique, selon 1 'invention; la figure 2 représente un schéma électrique simplifié du disjoncteur selon la figure 1; la figure 3 montre le schéma d'un capteur de courant utilisé dans le disjoncteur selon l'invention; la figure 4 montre le schéma d'un capteur de tension utilisé pour le disjoncteur selon l'invention. Sur les figures, les contacts 10 d'un disjoncteur électrique 12 de protection d'une ligne 14, sont solicités en position d'ouverture par un ressort 16. Un accrochage mécanique 18,- coopérant avec un doigt de verrouillage 20, est susceptible de maintenir les contactes 10 en position de fermeture à l'encontre de la force du ressort de déclenchement 16. Le ressort 16 est armé pendant la course de fermeture des contacts 10, l'enclenchement du disjoncteur étant réalisé par des moyens électromagnétiques, en l'occurrence un électro-aimant 22, déplaçant, lorsqu'il est excité, les contacts 10 en position de fermeture à ltencontre de l'action du ressort 16.Le verrouillage 20 de l'accrochage 18 est sollicité en position de déverrouillage par un ressort 24 et est susceptible d'être déplacé et maintenu en position de verrouillage de l'accrochage 18 par un électro-aimant de maintien 26. Le disjoncteur 12 est représenté en position déclenchée sur la figure 2 et on voit qu'un enclenchement, provoqué par l'alimentation de l'électro-aimant 22 provoque la fermeture des contacts 10 et l'armement du ressort 16, qui accumule une énergie suffisante au déclenchement du disjoncteur. Le disjoncteur est maintenu en position d'enclenchement par l'accrochage 18 en cas d'excitation de l'électro-aimant de maintien 26. La venue en position de verrouillage du doigt de verrouillage 20, provoque l'armement du ressort 24, l'énergie accumulée par ce ressort étant suffisante pour un déverrouillage en cas de désexcitation de ltélectro-aimant de maintien 26.L'énergie nécessaire à l'ouverture des contacts et au déverrouillage de l'accrochage 18 est ainsi accumulée mécaniquement dans les ressorts 16 et 24 en position enclenchée du disjoncteur et on est assuré de disposer de l'énergie nécessaire à un déclenchement. Les ressorts 16, 24 peuvent bien entendu être dédoublés pour pallier une rupture accidentelle d'un ressort. L'électro-aimant 26 est relié par l'intermédiaire d'une commande d'ouverture 28 par un conducteur 30 à une source d'énergie 32 de maintien et de surveillance. Cette source d'énergie 32 alimente par un conducteur 34 un dispositif de traitement 36 de signaux électroniques. Des capteurs 38 du courant parcourant la ligne 14 sont reliés à des entrées E du bloc de traitement 36. La sortie S du bloc 36 est reliée au bloc de commande d'ouverture 28 par un conducteur 40. En fonctionnement normal, la source d'énergie 32 alimente l'électro-aimant de maintien 26, qui maintient le disjoncteur enclenché. Dans le cas d'un court-circuit ou d'une surcharge les capteurs 38 fournissent un signal, qui après traitement dans le bloc 36 est appliqué à la commande d'ouverture 28 interrompant le circuit d'alimentation de ltélectro-aimant 26. Le ressort 24 déplace le verrouillage 20 et libère ainsi l'accrochage 18 autorisant l'ouverture des contacts 10 sous l'action du ressort 16. Dans le cas d'une disparition accidentelle de la tension aux bornes de la source d'énergie 32, l'alimentation de l'électro-aimant 26 est éga lement interrompue provoquant de ce fait automatiquement le déverrouillage et le déclenchement du disjoncteur 12. L'électro-aimant d'enclenchement 22 est relié par l1in- termédiaire d'une commande de fermeture 42 à une source d'énergie de fermeture 44. La commande de fermeture 42 est reliée par un conducteur 46 à la source d'énergie de maintien et de surveillance 32, l'ensemble étant agencé de telle manière qu'une commande de fermeture et un enclenchement du disjoncteur 12 ne peut être réalisée qu'en cas de présence de tension à la source 32. Un disjoncteur, dont le dispositif de surveillance et de maintien est incapable de fonctionner correctement, lors d'une défaillance de la source d'énergie de maintien et de surveillance 32, ne peut en aucun cas être enclenché. Inversement, lorsque le disjoncteur peut être en clenché on est assuré que rien ne peut s'opposer à son déclenchement. Le schéma représenté à la figure 2, est volontairement simplifié pour faciliter sa compréhension et un exemple de réalisation d'un disjoncteur et de sa commande est décrit par la suite, plus particulièrement en référence à la figure 1, dans laquelle les mêmes numéros de référence désignent des éléments analogues ou identiques à ceux de la figure 2. On reconnaet la source d'énergie de maintien et de surveillance 32 et la source d'énergie de fermeture 44, qui sont en l'occurrence des accumulateurs d'énergie électriques, qui alimentent respectivement l'électro-aimant de maintien 26 et l'élec- tro-aimant de fermeture 22 par l'intermédiaire des commandes 28 et 42. A chaque source d'énergie 32, 44 est associé un contrôleur de présence de tension 48, 50.Les sources d'énergie 32, 44 sont maintenues en charge par un dispositif chargeur désigné par le repère général 52 comprenant une source normale 54, par exemple eonstituée par le secteur, une source de maintien 53 et une source de secours 56 reliée aux sources 32, 44 par des circuits de charge comprenant des portes 58, 60. A la source d'énergie de fermeture 44 est associé un bloc de commande de charge 62 piloté par le bloc de contrôle de présence de tension 50. De tels dispositifs chargeurs sont bien connus en soi et il suffit de rappeler que la source de secours 56 prend automatiquement la relève de la source normale 54 en cas de défaillance de cette dernière, de manière à maintenir les sources d'énergie 44, 32 en charge. Le disssoncteur comporte le capteur de courant 38, un capteur de tension 64 et des capteurs de mesure et de contrôle supplémentaires 66 émettant des signaux correspondants de l'état de la ligne et du disjoncteur au bloc de traitement 36. Le signal du capteur de tension 64 est traité par un bloc de présence de ten sion 68 du bloc 36, le signal de courant 38 étant traité par un bloc de détection de court-eircuit 70 et un bloc de détection de surcharge 72. Les signaux des capteurs 66 sont traités dans un bloc 74 du bloc 36 et les signaux présents à la sortie des blocs 68, 70, 72, 74 sont appliqués aux entrées el, e2, e3, e4, d'un circuit ET 76,dont la sortie est reliée au blonde commande d'ouverture 28.Une cinquième entrée e5 du circuit ET 76 est reliée au bloc 48 de contrôle de présence de tension de la source d'énergie de maintien et de surveillance 32. En fonctionnement normal, correspondant à la présence d'un signal aux cinq portes el à e5 du bloc 76, ce dernier émet un signal à la sortie S, qui appliqué à la commande d'ouverture 28, provoque l'alimentation de l'électro-aimant de maintien 26 et de ce fait le verrouillage du disjoncteur en position enclenchée. La disparition de l'un quelconque des signaux aux portes el à e5 provoque la disparition du signal à la sortie S du bloc 76 et l'inter- ruption de l'alimentation de l'électro-aimant de maintien 26.Le maintien en position enclenchée du disjoncteur est donc subordonné a la présence de tension aux bornes de la source d'énergie de maintien et de surveillance 32,à la présence de tension sur la ligne, à un courant normal parcourant cette ligne et à d'autres contrôles et mesures prélevés par les capteurs 66. Une commande extrinsèque d'ouverture du disjoncteur peut être appliquée à une porte e6 du bloc 76 par l'intermédiaire d'un circuit OU 78. Le bloc de commande d'enclenchement 42 est relié à un circuit ET d'autorisation 80 dont trois entrées el, e2, e3 sont respectivement reliées au bloc de présence de tension 68, au bloc de contrôle de présence de tension 48 de la source d'énergie de maintien et surveillance 32 et au bloc de contrôle de présence de tension 50 de la source d'énergie de fermeture 44. Un ordre d'en- clenchement du disjoncteur, appliqué aux entrées e4, es du circuit ET d'autorisation 80 > est transmis au bloc de commande 42 en cas de présence simultanée de signaux aux entrées el, e2, e3 de ce bloc, correspondant respectivement à la présence de tension sur la ligne protégée 14 et à la présence de tension sur les deux sources d'alimentation 32, 44. Les blocs constitutifs de la commande électronique, illustrés par la figure 1, sont bien connus en soi, et il est inutile de les décrire en détail. Le fonctionnement de cette commande électronique découle de l'exposé précédent et il suffit de rappeler que les commandes d'ouverture et de fermeture du disjoncteur sont subordonnées à un certain nombre de conditions, notamment de pré- sence de tension à la source d'énergie de fermeture et à la source d'énergie de maintien et de surveillance. Les circuits électroniques, notamment les circuits ET 76, 80 remplacent avantageusement les verrouillages mécaniques ou électroméeaniques des disjonc- teurs conventionnels, et l'on comprend qu'il est extrêmement simple de prévoir des sécurités ou interverrouillages additionnels. La disparition de la tension aux bornes de la source d'énergie de maintien et de surveillance 32 provoque l'émission d'un signal de commande d'ouverture interrompant 12alimentation de l'électro-ai- mant de maintien 26. Cette disparition de la tension à la source d'énergie de maintien 32 provoque de plus l'interruption de l'ali- mentation de l'électro-aimant de maintien 26 assurant ainsi une double sécurité. La commande électromagnétique d'enclenchement du disjoncteur, décrite en référence aux figures 1 et 2, peut bien entendu être remplacée, notamment dans le cas de calibres importants, par toute autre commande, soit électrique soit mécanique. La commande électrique peut être un moteur attaquant directement ou indirectement par l'intermédiaire d'un ressort, l'équipage mobile du disJoncteur, la commande mécanique pouvant être un simple levier de manoeuvre. Le verrouillage à l'enclenchement, en cas d'absence de tension aux bornes de la source d'énergie de maintien et de sur, veillance 32, est réalisé par tout moyen approprié, notamment par un relais inséré dans le circuit d'alimentation du moteur ou un doigt de verrouillage interférant avec la course de déplacement du levier. L'un des avantages de la commande électronique de déclenchement selon l'invention, est la possibilité d'emploi de capteurs électroniques dont les propriétés et la fiabilité sont bien connues. La figure 3 illustre,à titre d'exemple, un capteur de courant 38 d'une des phases de la ligne 14, les capteurs des autres phases étant évidemment identiques. Un bobinage 82 est bobiné sur un support amagnétique 84 entourant le conducteur de la ligne 14. Aux bornes du bobinage 82 est connecté un circuit fermé à résistance 86 et à condensateur 88 sur lequel est prélevé le signal de courant appliqué au bloc de traitement 70, 72. Ce capteur 38 dépourvu de circuit magnétique est simple et compact, tout risque de saturation étant exclu. La figure 4 illustre un capteur de tension 64 à diviseur capacitif. Chaque conducteur de la ligne 14 est entouré coaxialement d'un écran 90 lui-même entouré d'une électrode, avantageusement constituée par le support amagnétique 84 du transformateur d'intensité selon la figure 3. Le support 84 constitue la masse d'un diviseur capacitif formé d'une part par une capacité 92, représentée schématiquement en pointillé sur la figure 4, ayant pour électrodes la ligne 14 et l'écran 90, et d'autre part une capacité 94 ayant pour électrodes l'écran 90 et l'électrode 84. Le signal prélevé entre l'écran 90 et l'électrode 84 est appliqué à un adaptateur d'impédance 96 et au bloc de traitement 68. Le bobinage 82 du transformateur d'intensité 38 n'est pas représenté sur la figure 4 pour des raisons de clarté du dessin. I1 est clair que les appareils de mesure de courant et de tension peuvent être séparés, auquel cas l'électrode 84 ne comporte aucun bobinage. Chaque fonction de la commande électronique est assurée par un bloc, une carte ou un circuit intégré indépendant, facilement débrochable. Une fonction défaillante peut être immédiatement remplacée et une installation existante peut être facilement modifiée ou agrandie. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur électrique ayant une paire de contacts, dont un contact mobile sollicité en position d'ouverture par un ressort, armé au cours du mouvement de fermeture des contacts sous l'action d'un mécanisme d'enclenchement, et un accrochage mécanique du contact mobile en position de fermeture, sollicité en position de libération du contact mobile par un ressort armé par le déplacement de l'accrochage en position active, ledit accrochage étant susceptible d'être verrouillé en position d'accrochage par un dispositif électromagnétique lorsque ce dernier est excité, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins un détecteur dépourvu de circuit magnétique, délivrant un signal représentatif de l'étant d'une ligne protégée par ledit disjoncteur, un dispositif électronique de traitement dudit signal, délivrant un signal d'excitation dudit dispositif électromagnétique de verrouillage de l'accrochage en condition normale de fonctionnement, une source d'alimentation électrique dudit dispositif électronique et dudit dispositif électromagnétique et un dispositif d'inhibition dudit mécanisme d'enclenchement piloté par ladite source d'alimentation de telle manière qu'une disparition de la tension de la source engendre un déclenchement et empêche tout enclenchement du disjonc- teur. 2. DisJoncteur électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source d'alimentation comporte un accumulateur d'énergie électrique assurant audit disjoncteur une autonomie limitée de fonctionnement et un dispositif électrique de charge dudit accumulateur. 3. Disjoncteur électrique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit accumulateur d'énergie comporte un condensateur. 4. Disjoncteur électrique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que ledit mécanisme d'enclenchement comporte une commande électrique alimentée par une source d'alimentation électrique, ledit dispositif d'inhibition empêchant l'alimentation dudit mécanisme et l'enclenchement du disjoncteur en cas d'absence de tension à la source d'alimentation du dispositif électronique. 5. Dispositif électrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite source d'alimentation du mécanisme d'enclenchement est indépendante de la source d'alimentation 6. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit détecteur est un détecteur de courant comportant un bobinage sans circuit magnétique couplé avec la ligne à protéger. 7. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un dét-ecteur de tension comportant un diviseur capacitif associé électriquement à la ligne à protéger. 8. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit dispositif électronique de traitement est agencé pour recevoir une pluralité de signaux électroniques de commande de déclenchement du disjoncteur.