Brevet FR2353130A1 — publié le 19771223

La présente invention concerne les disjoncteurs basse tension particulièrement destinés à la protection des transformateurs utilisés- sur les réseaux de distribution électrique. Ces disjoncteurs comportent en général trois organes principaux - contacts électriques de coupure et de fermeture, - mécanisme de commande de ces contacts, - déclencheur commandant le mécanisme destiné à provoquer ltouver- ture du disjoncteur en fonction des intensités traversées. Ces déclencheurs qui doivent"effacer" les défauts fugitifs, sont en génral des déclencheurs thermiques dont les parties actives sont des bilames. Ces déclencheurs thermiques, fréquemment non réglables, sont étudiés de façon à protéger le transformateur contre les surcharges et les courts-circuits. Sur les premiers déclencheurs les bilames fonctionnaient dans l'air mais provoquaient de ce fait, et suivant les zones d'intensité, soit des sous-protections, soit des surprotections, toutes deux nuisibles à la tenue des transforma- teurs et à la qualité de 1' exploitation. Nous avons mis au point des solutions remédiant b ces difficultés en criant un déclencheur dont les bilame fonctionnant dans un liquide, permettent de créer un déclencheur réalisant une "image thermique" du point chaud du transformateur, réalisation qui a fait l'objet des brevets 72.42.330, 73.01.823, 74.13.242, et 75.28.698. En résumé, ces déclencheurs provoquent l'ouverture du disjonc- teur de protection du transformateur quand le point le plus chaud des bobinages de eelui-ei atteint une température qui avait été préalablement considérée comme "à ne pas dépasser". De cette façon, les problèmes sont résolus, à savoir I - le disjoncteur ne ouvre pas avant que le point chaud du trans- formateur n'atteigne sa température critique, donc la continuité de service est maximum, 20- le disjoncteur stouvre quel que soit le régime préalable, quand le point chaud du transformateur atteint cette température critique, donc interdit une détérioration du dit transformateur. I1 n'y a notamment aucune sous-protection dans cette solution. Cette réalisation est donc parfaitement adaptée à la protection du transformateur et à la maintenance du réseau de distribution, mais elle provoque en même temps, de par ses qualités, une conséquen- ce anti-économique que notre nouvelle invention vise à faire disparaitre. En effet, de par leur conception, les transformateurs peuvent supporter sans détérioration des surintensités importantes, que le déclencheur, parfaitement adapté au transformateur, supporte kgale- ment. Il s'en suit que les surintensités sont donc également supportées par les cables du réseau alimenté par le transformateur, ce qui provoque deux inconvénients importants 10- Détérioration des isolants de tables 20- chute de tension chez les usagers. Pour rémédier à ces inconvénients, il n'y a à priori que deux solutions 1 - Renforcement des sections de cable du réseau ou, 20- Réalisation d'un déelencheur qui fonctionne rapidement dès que la surintensité est jugée nocive ou dangereuse pour le réseau, soit en ce qui concerne les cables, soit en ce qui concerne les usagers. La première solution est anti-économique car elle conduit à renforcer le réseau pour qu'il puisse supporter des défauts qu'il faudrait éliminer. La deuxième solution fait l'objet de notre invention. Comme il est connu dans nos brevets précédemment cités, le d-clencheur se compose essentiellement : - d'un boitier rempli d'un liquide diélectrique à bonnes propriNtés de conductibilité thermique, - de bilames primaires traversées par tout ou partie du courant à controler, - d'une barrette pivotante monobloc ou multibloc, commandée-par les bilames et déclenchant par rotation une serrure préalablement armée par un dispositif indépendant. La particularité de notre invention se caractérise par la présen- ce ce sur la barrette pivotante d'une bilame correctrice par phase. Cette bilame est équipée d'une vie de réglage en appui sur la bilame primaire. Indépendamment, la barrette pivotante comporte également une vis de réglage par phase dont l'extrémité est à une certaine dis tance par rapport à la bilame primaire correspondante. L'ensemble, barrette pivotante équipée de ses bilames correctrices, commande la serrure du déclencheur et donc, en cascade, celle du disjoncteur. La barrette pivotante est soumise à l'action d'un ressort qui tend à maintenir en permanence les vis de réglage contre les bilames primaires. L'explication du fonctionnement d'un tel déclencheur nécessite le rappel du fonctionnement d'une bilame dans un liquide Ce fonctionnement des bilames traversée par un courant. se fractionne en effet en deux phases 1 - une déflexion rapide, phase I, par échauffement de la bilame, et pratiquement sans influence du liquide ambiant dont la température ne varie pas sensiblement pendant cette phase. 20- une déflexion lente, phase Il, par équilibre thermique progr-x- sif de la bilame par rapport au liquide, dont elle élève la température continuellement jusqu'au moment où la bilame a atteint la température de réglage du déclenchement. On constate ismédiatement que s - pour les surintensités faibles on rencontre successivement les deux phases. - pour les surintensités importantes on ne rencontre pratiquement que la première phese; le déclenchement se produisant avant que le liquide ait eu le temps de s'échauffer. Malheuresement, le passage d1 une phase à l'autre est variable en fonction de nombreux facteurs et conduit à admettre les surintensités intermédiaires trop fortes que le réseau ne peut supporter. Le but de l'invention est de provoquer plus rapidement le déclenchement sur des surintensités situées en général entre les fonctionnements caractéristiques des deux phases; les surintenaitée plus importantes n' étant pas dangereuses parce que trop courtes en temps. Pour obtenir ce fonctionnement, la barrette pivotante de,dOolen- chement comporte, une bilame correctrice par phase dont le sens de dé flexion est le même que le sens de déflexion des bilames primaires. Cette bilame correctrice est équipée d'une vis réglable en appui sur la bilame primaire correspondante sous l'effet du ressort de rappel de barrette. D'autre part, la barrette pivotante comporte également sur chaque doigt correspondant & une bilame primaire, une vis réglable dont l'extrémité est positionnée en retrait par rapport à la bilame primaire suivant une distance prédéterminée. Le fonctionnement de l'ensemble se déduit de la description que, pour simplifier, nous limiterons a une seule phase. 1 - SURINTRNSITES FAIBLES a) Pendant la phase I, La bilame primaire déflecte et repousse la vis fixée sur la bilame correctrice, elle-mSme fixée sur la barrette qu'elle fait donc pivoter à l'opposé de la tension du ressort de rappel. Toutefois, dans cette phase I, et sous des surintensités faibles, la bilame primaire par constitution et réglage, ne déflecte;pas suffisamment pour que le pivotement de la barrette puisse provoquer le déolenehe- ment de la serrure.Le délencheur aontinue donc à fonctionner dans la phase II, b) Pendant la phase II, Le liquide stéohauffe progressivement et sa température 8'818- ve. De ce fait, la température des bilames primaires et correctrices baignées dans le n;ême liquide, augmente également progressivement. Comme nous l'avons énoncé et par construction, le sens de déflexion de la bilame primaire et celui de la bilame correctrice sont identiques, ce qui provoque sur élévation identique de température pendant la phase Il a) l'avance de la bilame primaire, b) le recul de la bilame correctrice et dono "l'effacement" de sa vis de réglage vis à vis de la bilame primaire. De oe fait, la barrette cesse momentanément de pivoter jusqu' au moment où la bilame primaire vient toucher 1 'extrémit de la vis de réglage fixée sur la barrette. A ce moment, la barrette recommence à pivoter jusqu'au déclenchement de la serrure du déolencheur. En résumé, le fonctionnement du déclencheur ntest pas modifié sur les faibles surintensités. Tout se passe comme si la bilame correctrice n'existait pas puisqu'elle s'efface pendant la phase II. Le réglage "surintensités faibles" eat réalisé uniquement avec la vis de réglage fix8e sur la barrette. Le déclencheur de ce fait suit donc toujours la température du point chaud du transformateur. La bilame correctrice n' a aucune aotion, elle s"efface pendant les faibles surintensités. 20 - SURINTENSITES MOYENNES Ce domaine est le domaine spécifique de notre invention qui vice à obtenir un déclenchement plus rapide dags cette zone de surintensité pour protéger le réseau, a) Pendant la phase I, Du fait de la surintensité plus forte, la phase I se poursuit plus rapidement et plus longtemps. Le liquide a moins le te:7ps de s'échauffer; la bilame correctrice ne déflecte donc pratiquement pas, ce qui entraine le pivotement de la barrette sous l'action de la seule vis de réglage fixée sur la bilame correctrice.La visde réglage monte sur la barrette n'est jamais "attauée" par la bilame primaire0 La déflexion de la bilame primaire restant dans la phase I, le déclenchem nt du déclencheur se produit plus rapidement qu' en l'absence de bilame correctrice, ce qui est le but recherohé. Le but de l'invention est donc obtenu; le déclencheur équipé dtune barrette à bilames correctrices déclenche plus rapidement sur les surintensités moyennes que le déclencheur ne possédant pas ces bilames correctrices. 30- SURINTENSITES PORTES a) Pendant la phase I, Comme dans le 20, le déclenchement se produit uniquement en phase I, par action directe des bilames primaires sur les vis de réglage montées sur les bilames correctrices. Ce fonctionnement réduit donc les temps de déclenchement par rapport à un déclencheur non équipé de bilames correctrices, mais oei est plutôt un avantage qu'un inconvénient, car il est toujours préférable de limiter la durée dlune surcharge forte qui "fatigue" inutilement le mot- riel. Suivant l'exposé précédent, on constate donc que le but de I' invention est atteint, à savoir - sur les surcharges faibles, aucune modification par rapport à un déclencheur à bilame," dans un liquide. Les bilames correctrices n'interviennent pas. Le déclenchoeur réalise toujours "I' image thermique" du point chaud du transformateur, ce qui est fondamental dans cette plage d'intensité. Dans toute cette aone le déclenchement est provoqué par l'aotion des bilames primaires sur les vis de la barrette. - sur les surcharges moyennes, Ces surcharges sont la zone d'action de l'invention, celles où on accélère le déclenchement par rapport à un iclenoheur classique dans un liquide. La courbe de fonctionnement "temps de déclenchement " en fonction des "intensités" ne suit plus celle du point chaud du transformateur et "sneffondre" brutalement, réduisant donc les contraintes de surcharge du réseau, ce qui est le but de 1' in- Invention. Dans toute cette zone, le déclenchement est provoqué par l'action des bilames primaires sur les vie des bilames correctrices. - sur les surcharges fortes, Le fonctionnement est identique à celui des surcharges moyennes. Les bilames correctrices ne sont pratiquement pas influencées par 1' échauffement du liquide et le déclenchement est toujours provoqué par l'action des bilames primaires sur les vis des bilames correctrices. Le dessin illustre à titre d'exemple non limitatif, un ode de réalisation du déclencheur conforme à la présente invention. Le dessin est une vue en coupe du déclencheur par l'extrémité opposée à la serrure. Le déclencheur est en principe tripolaire, mais par simplification, nous l'avons représenté en unipolaire. Dans le dessin (1) représente le boitier avec (2) son couvercle étanche, (9) les contacts d'arrivée et de sortie du déclencheur (l'un derrière l'autre dans la vue du dessins sur lesquels sont montées une résistance en U (4) et une bilame primaire en U (5) traversées par le courant à contrôler. Le boitier (1) est rempli d'un liquide (6) diélectrique, mais bon conducteur thermique. La bilame primaire (5) déflecte dans le sens de la flèche (7) en cas d'élévation de sa température an appuyant sur la vis de r6- glage (8) fixe sur la bilame correctrice (9) non traversée par le courant et elle-même fixée sur la barrette pivotante (10). Sur cette barrette (10) est fixée également la vis de réglage (11) qui est toujours en retrait par rapport à la vie (8). La barrette (10) est soumise à un ressort non représenté qui tend & maintenir en permanence les vis (8) ou (11) contre les bilames primaires correspondantes. En fin de pivotement, la barrette (10) libère l'accrochage (12) de la serrure (13), commandant soit directement, soit indirectement l'ouverture des contacts du disjoncteur.La bilame correctrice (9) déflecte en cas d'élévation de sa température dans le sens de la flèche (14), sens identique au sens (7). Le fonctionnement du déclencheur suivront l'invention est le suivant 10- Surintensités faibles Phase I - La bilame (5) traversée par le courant comme la rosistance (4) déflecte rapidement, mais insuffisamment pour permettre à la barrette (10) de décrocher (12)o Pendant cette phase repide, le liquide (6) n'a pratiquement pas varié en température et de ce fait, la bilame (9) non traversée par le courant n'a pas déflecth. est donc l'action de la bilame primaire (5) sur la vis (8) montée sur la bilame correctrice (9) qui a fait pivoter;la barrette (105. Le processus se poursuit alors en phase II. PHASE II - La rl5siEtance (4) et la bilame (5) échauffent progressi- vexent le liquide (6). De ce fait, les bilasses (5) et (9) plongées dans ce liquide s'échauffent également dans les mimes proportions et donc déflectent également de la mdme quantité et dans le même sens0 Comme la bilame (9) se retire en meme temps et de la mEme quantité que la bilame (5) avance, elles restent donc parallèles et de ce fait la barrette ne pivote plus jusqu'au moment où la bilame (5) atteint la vis (11)o A ce moment, la barrette reprend son pivo- tement jusqu'au dccrochement de (12). En conclusion, sur les surintensités faibles, tout se passe comme si la bilame correctrice (9) n'existait pas, puienu'elle e' efface dès que le liquide commence à chauffer en phase Il. L'image thermique du point chaud du transformateur est donc conservée en fonction du réglage de la bilame (5) sur la seule vis (11) de la barrette (10). 20- SUFINTiNSI^ES MOYENNES Le fonctionnement sur les surintensités moyennes est celui visé par l'invention. Phase I Ces surintensités sont superieures aux précédentee et interdi-sent pratiquement qu'il y ait équilibre entre la temperature de la bilame (5) et le liquide (6). Dans tous les cas, la phase II est pas atteinte. Le fonctionnement sur cette gamme de stirintensités est le sui vant La bilame (5) délecte rapidement et n'a pratiquement pas le temps de chauffer le liquide (6) de façon appréciable ce qui fait, que comme dans la phase I du cas précédent, la bilame (9) ne déflec- te pas. De ce fait, le pivotement de la barrette (10) se poursuit jusqu'au déclenchement de (12) par action de la bilame (5) sur la vis (8) de li bilame (9) ce qui par rapport à l'action de la bilame (5) sur la vis (11) constitue une réduction du temps de dAclenche- ment à égalité de surintensités. En conclusion, sur des surintensités moyennes le décrochement de (12) se produit toujours plus rapidement du fait de la présence de la bilame correctrice (9). Si cette bilame correctrice n'exis- tait pas on retrouverait le fonctionnement classique du déclencheur en image thermique sans "décrochement" de la courbe de fonctionnement "temps" en fonction de l'intensité. 3 - SURINTENSITES FORTES Fonctionnement identique de l'ensemble comme en surintensités moyennes (20) puisqu'à forciori, le liquide (6) n'a pas le temps de s' échauffer. En conclusion, le déclencheur décrit dans le dessin répond bien au but fixé par l'invention, à savoir - maintenir le s temps de fonctionnement sur surcharges faibles de façon à conserver intAgralement dans cette plage les caractéristi- ques de l'image thermique. - accélérer les temps de dolenchement sur surcharges moyennes, de façon à réduire d'une part les contraintes inutiles du rOseau en température, et d'autre part, les alimentations sous tension réduite des abonnés. - maintenir les temps de fonctionnement sur surcharges fortes de façon à réduire les contraintes du réseau et du transformateur. Le déclencheur objet de l'invention peut titre utilisé avantageusement dans tous les cas où les impératifs d'exploitation nécessitent un fonctionnement des disjoncteurs suivant une image thermique du transformateur. Le fonctionnement en image thermique est toutefois accéléré en surcharges moyennes pour éviter d'trie obligé de renforcer le réseau pour supporter ces surintensitês, cause de détériorations par échauffement0 REVENDICATIONS 1 - Déclencheur de disjoncteur pour protection de transformateur de diEribution électrique, à bilames primaires et correctrices fonotionnant en déflectant dans le mêmè sens dans un liquide diélectrique, en commsndant le pivotement d'une barrette soumise à un ressort et déclenchant une serrure en fin de pivotement, caracteris6 en ce que la barrette comporte sur chaque phase, d'une part une bilame correctrice équipée d'une vis de réglage appuyée et commandée par la bilame primaire correspondante et d'autre part, en retrait par rapport à la même bilame primaire, une seconde vis de réglage fixe directe--ent sur la barrette et pouvant être également comman- dée par la bilame primaire en cas de retrait de la première vis fixée sur ls bilame correctrice. Le pivotement de la barrette équi- pée de ses bilarnes correctrices déclenche en fin de course une serrure ouvrant le disjoncteur directereent ou indirectement. 2 - D4clencheur de disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les. 3 bilames correctrices peuvent être remplacées par une seule bilame sur la phase centrale par exemple, 3 - Déclencheur de disjoncteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les vis de réglage peuvent être disposées sur les bilames primaires 4 - Déclencheur de disjoncteur selon les revendications t, 2 et 3, caractérisé en ce que les 2 vis de réglage par phase peuvent être remplacées par une seule vis sur la bilame correctrice avec épaulement venant en butée sur la barrette après déflexion de la dite bilame, 5 - Déclencheur de disjoncteur selon les reverdications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que la barrette peut servir d'écrin ou de cloisonnement entre les bilames primaires et correctrices ou entre les bilames primaires entreeLles ou correctrices entre elles.