Brevet FR2325224A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne un dispositif de protection sélective contre les courts-circuits comprenant des disjoncteurs de puissance limitateurs de courant montés en série et comportant un déclencheur qui ouvre les pièces de contact avant même que la serrure de commutation ne soit libérée. Il est connu un échelonnement sélectif de disjoncteurs de puissance classiques montés en série, dans lequel les retards de déclenchement sont échelonnés dans le temps de telle manière que le disjoncteur le plus proche du point d'alimentation présente le retard le plus important. Ce procédé a pour inconvénient qu'un court-circuit se produisant immédiatement derrière le disjoncteur d'alimentation subsiste plus longtemps par suite du temps de re t d plus important. Ainsi l'installation électrique est plus longtemps soumise aux effets thermiques et dynamiques du courant de court-circuit et à l'action destructrice d'un arc électrique de court-circuit. L'utilisation de disjoncteurs de puissance limiteurs de courant qui réduisent tant l'intensité que la durée du courant de court-circuit permet de limiter les effets nocifs du court-circuit. Cette solution a cependant pour inconvénient que tous les disjonc- teurs montés en série réagissent et se déclenchent immédiatement après l'apparition d'un court-circuit. Dans un dispositif connu de protection sélective contre les courts-circuits comprenant des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant-montés en série cet inconvénient peut être évité, suivant la technique antérieure, en prévoyant qu'à la suite d'une coupure en cas de court-circuit 1 t appareil de commutation qui s'est ouvert remette le disjoncteur précédant à nouveau en circcuit par l'intermédiaire de la commande (demande de brevet allemande publiée No. 1.300.159). L'intervalle de plusieurs centaines de ms pendant leouel la tension fait ainsi défaut conduit, par suite du relâchement de contacteurs et de l'entrée en action de dispositifs déclencheurs à minimum de tension, à des perturbations dans l'alimentation d'énergie. Suivant un autre procédé connu la sélectivité est obtenue par le fait que le disjoncteur de puissance est mis hors circuit par l'intermédiaire du déclencheur pour court-circuit en cas d'entrée en action d'un dispositif de mesure placé dans la voie de courant principale du disjoncteur concerné, à moins que le dispo sitif de mesure placé dans la voie de courant principale du dis åoncteur de puissance suivant ait réagi.Etant donné que ce dispositif de mesure ne réagit qu'en cas de dépassement d'une valeur instantanée prédéterminée du courant de court-circuit et que cette valeur, par suite des surintensités se produisant inévitablement en cours de service, doit être plus de 6 à 12 fois la valeur du courant nominal, il existe entre l'apparition du court -circuit et l'entrée en action du dispositif de mesure un temps de retard qui ne permet pas d'obtenir une coupure efficace avec limitation du courant. Dans un autre dispositif connu de protection sélective contre les courts-circuits par des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant montés en série et présentant une armature de coupure la sélectivité est obtenue au moyen d'aimants d'immobilisation susceptibles d'être commandés et qui empêchent les armatures de coupure de fonctionner. Dans ce cas la commande des aimants d'immobilisation s'effectue au moyen de convertisseurs di/dtpla- cés dans la voie de courant des disjoncteurs suivants (demande de brevet allemande publiée No. 2.017.168). Ce dispositif a pour inconvénient que dans le cas de disjonc- teurs limiteurs de courant l'ouverture des pièces de contact ne s'effectue pas exclusivement par voie électromagnétique. Les forces électrodynamiques répulsives produites au niveau des pièces de contact et les forces électrodynamiques d'une boucle de court dans la voie de courant principale conduiraient, en dépit de l'immobilisation de l'armature de coupure, néanmoins à une ouverture des pièces de contact.En outre, le critère di/dt n'est pas suffisant pour l'échelonnement sélectif puisqu'en cas d'évolution symétrique courant de court-circuit (di/dt - O au moment de l'apparition du court-circuit) l'impulsion d'immobilisation se produit de manière retardée de sorte que l'armature de coupure sortie de sa position de repos ne peut plus être bloquée par l'aimant d'immobilisation. De plus, il est connu une installation de distribution d'énergie comprenant plusieurs disjoncteurs automatiques qui, placés en série et munis de déclencheurs, coupent en cas de court-circuit sélectivement des branches de ligne défectueuses. Dans ce cas l'ordre est donné aux déclencheurs pour court-circuit par un circuit de commande électronique qui est à son tour excité par des dispositifs de mesure prévus dans la voie de courant principale (demande de brevet allemande publiée No. 2.020.425). Outre le fait qu'une défaillance d'un organe se trouvant à l'intérieur de cette chaîne d'information compliquée et, par suite, vulnérable empecherait le disjoncteur de se déclencher en cas de court-circuit et compromettrait ainsi la sécurité de l'ensemble de l'inslallation, le dispositif de mesure proposé, à savoir un shunt placé dans le circuit principal et suivi d1un générateur de valeur de seuil, ne délivre pas d'impulsions appropriées pour le déclenchement sélectif de disjoncteurs de puissance limiteurs de courant. Le signal produit en cas de dépassement momentané d'une intensité de courant prédéterminée se produirait même en cas de court-circuit, avec un trop grand retard pour permettre une coupure avec limitation de courant. Dans un autre procédé connu pour l'échelonnement sélectif de disjoncteurs de puissance limiteurs de courant cet inconvénient est évité par le fait que l'ordre de déclenchement donné par le déclencheur à action instantanée à la serrure de commutation du disjoncteur de puissance concerné est chaque fois retardé de 10 ms en direction du point d'alimentation. C'est seulement avec ce retard que la serrure de commutation met le disjoncteur mécaniquement hors circuit au cours d'unealternance de courant suivante. Indépendamment de cela, les pièces de contact s'ouvrent sous l'action du déclencheur à action instantanée, de manière à limiter le courant (brevet de l'Allemagne de l'Est No. 92.754). Un inconvénient de ce dispositif réside en ce que, sous l'effet d'un court-circuit se produisant au voisinage de ltalimen- tation, les pièces de contact s'ouvrent et se ferment à plusieurs reprises. Elles subissent de ce fait une perte de matière accrue par suite de l'arc électrique amorcé plusieurs fois et la durée de l'abaissement de tension se prolonge de la somme des durées de l'arc électrique. En prévoyant comme proposé, que le retard apporté à la transmission de l'ordre de déclenchement à la serrure de commutation dépende de l'intensité du courant de court-circuit non influencé, on évite ces inconvénients en ne conservant la sélectivité qu'au -dessus de certaines valeurs de courant de court-circuit. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients des procédés et dispositifs connus de protection sélective contre les courts-circuits faisant appel à des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant. En conséquence, -la présente invention crée un dispositif de protection sélective contre les courts-circuits comprenant des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant montés en série et qui, tout en conservant le mode avantageux de coupure avec limitation de courant, permet d'obtenir avec une faible dépense technique une sélectivité de court-circuit sans influencer les parties de l'installation qui ne sont pas concernées par le courant de court-circuit. La solution apportée à ce problème suivant la présente invention réside en ce que les processus cinématiques déclenchés par suite d'un court-circuit à l'intérieur du disjoncteur par le déclencheur ou les effets produits par l'arc électrique de déclenchement sont utilisés pour délivrer une impulsion de blocage et en ce que chaque disjoncteur de puissance monté en série est empêché, par l'intermédiaire d'un convertisseur d'énergie électromécanique excité par les impulsions de blocage des disjoncteurs de-puissance situés immédiatement à la suite du disjoncteur concerné, de libérer la serrure de commutation. Lorsqu'un court-circuit se produit, tous les disjoncteurs situés en amont de l'endroit du court-circuit ouvrent les pièces de contact par l'intermédiaire du déclencheur et agissent par conséquent dans le sens d'une limitation du courant. Afin d'assurer une coupure sélective, suivant le principe de la présente invention il n'est déclenché par l'intermédiaire de la serrure de commutation que le disjoncteur qui ne reçoit pas d'impulsion de blocage de la part du disjoncteur lui faisant suite. Cela permet de ne mettre hors circuit que le disjoncteur le plus proche de ltendroit du court-circuit. La partie défectueuse de l'installation se trouve ainsi séparée de l'alimentation en énergie tandis que les autres parties de l'installation continuent à fonctionner sans perturbation. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, l'impulsion de blocage peut être produite par un interrupteur auxiliaire actionné par couplage mécanique avec l'aimant à armature de coupure du disjoncteur. L'impulsion de blocage peut cependant également être produite par un interrupteur auxiliaire actionné par un contacteur slouvrark par voie électrodynamique. D'autre part, des phénomènes de pression ou effets lumineux produits par l'arc électrique de déclenchement peuvent également être utilisés pour produire l'impulsion de blocage. Les signaux de blocage des disjoncteurs suivan-tssont avantageusement amenés au disjoncteur précédent par un canal de transmission commun. A condition que l'ordre de déclenchement donné à la serrure de commutation prenne fin plus tôt que l'impulsion de blocage du disjoncteur suivant, l'impulsion de blocage peut commander directement le convertisseur d'énergie électromagnétique afin dtinter- dire la libération de la serrure. Sinon, l'énergie électrique nécessaire au blocage de la serrure de commutation est reçue par le convertisseur d'énergie électromécanique après l'arrivée de l'impulsion de blocage à partir d'un condensateur chargé. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré aux dessins annexés. La fig. 1 représente schématiquement la constitution du disjoncteur de puissance limiteur de courant à action sélective suivant l'invention. La fig. 2 représente une installation de distribution électrique équipée de disjoncteurs de puissance sélectifs limiteurs de courant. La fig. 3 montre comment l'impulsion de blocage est produite au moyen d'un aimant à armature de coupure. La fig. 4 montre comment l'impulsion de blocage est produite par le contacteur s'ouvrant par voie électrodynamique. La fig. 5 montre l'excitation directe des convertisseurs d'énergie électromécanique par des impulsions de blocage. La fig. 6 montre l'alimentation du convertisseur d'énergie électromécanique au moyen de l'énergie électrique d'un condensateur. La fig. 1 représente schématiquement la constitution d'un disjoncteur limiteur de courant capable d'effectuer des coupures sélectives. L'ouverture rapide de l'interrupteur de puissance 1 en vue d'assurer une limitation efficace du courant s'effectue par l'intermédiaire du déclencheur 2. Sous l'effet du courant de court-circuit, le déclencheur produit des forces électrodynami- ques au niveau du contacteur et des voies de courant en forme de boucles ou des forces électromagnétiques par l'intermédiaire d'aimants qui agissent directement sur les supports des pièces de contact. Après l'extinction des arcs électriques, c'est-à-dire à la suite de la suppression effective du courant de court-circuit, les pièces de contact se refermeraient sous l'action des-ressorts de contact puissants à moins que l'interrupteur de puissance 1 ne soit préalablement mis hors circuit par la serrure de commutation 3 libérée par le déclencheur 2.La sélectivité est obte- nue du fait que, après l'arrivée d'une impulsion de blocage à l'entrée E à partir d'un disjoncteur suivant, le convertisseur d'énergie électromécanique 4 bloque la serrure de commutation 3 en dépit de l'entrée en action du déclencheur 2. Cela empê- che la mise hors circuit du disjoncteur de puissance 1 et, les pièces de contact ayant été fermées par les ressorts de contact puissants, l'alimentation en énergie des parties d'installation situées immédiatement en aval se trouve rétablie. Outre l'ouverture rapide des pièces de contact et la libera- tion de la serrure de commutation, le déclencheur 2 excité par le courant de court-circuit produit à l'aide du générateur dtim- pulsions 5 une impulsion de blocage qui est disponible à la sortie A pour empêcher la mise hors circuit de disjoncteurs de puissance aitués en amont. La fig. 2 représenté une installation de distribution électrique comprenant des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant modifiés dans ce sens. Dans le cas d'un court-circuit se produisant derrière l'interrupteur 1' les déclencheurs 2 des interrupteurs 1 et 1' entreraient en action et introduiraient, par suite d'une ouverture rapide des pièces de contact, des arcs électriques dans le court-circuit, Cela a pour effet de limiter très efficacement l'intensité du courant de court-circuit. La libération de la serrure de commutation et, par suite, la aise hors circuit définitive ne se produisent que pour l'interrupteur 1' car l'interrupteur 1 reçoit de la part du générateur d'impulsions 5 du disjoncteur 1' une impulsion de blocage qui empêche la libération de la serrure. Après extinction des arcs électriques produits en série, les pièces de contact du disjoncteur 1 se ferment sous l'action des ressorts de contact puissants agissant sur elles. On réalise ainsi, en conservant les avantages du principe de limitation du courant, un dispositif de protection sélective contre les courts-circuits qui permet d'éviter dans l'ensemble de la plage de courant que les pièces de contact ne s'ouvrent et se ferment à maintes reprises et qui, quel Rue soit l'endroit du court-circuit, ne provoquent un abaisseaent de la tension que pendant une durée de l'ordre de 10 ms. Plusieurs moyens deproduire l'impulsion de blocage en utilisant les processus cinématiques provoqués dans le disjoncteur lui-même par le courant de court-circuit sont décrits ci-après. L'avantage de ces dispositifs réside en ce qu'ils permettent de renoncer-à des dispositifs de mesure spéciaux pour 1 'obtention de l'impulsion de blocage. En tant que générateur d'impulsions 5 on peut utiliser un simple interrupteur auxiliaire. Suivant la fig. 3, l'impulsion de blocage est produite par l'actionne forme d'un micropalpeur qui, par l'intermédiaire d'un levier coudé 7 monté de manière à pouvoir tourner, est relié mécaniquement à 1' armature 8 de l'aimant à armature de coupure. Suivant la fig. 4, l'interrupteur auxiliaire 6 destiné à produire l'impulsion de blocage est actionné par l'intermédiaire d'un ressort-lame 9 fixé au support mobile de la pièce de contact correspondante. Par suite de la boucle de courant formée par le support de pièce de contact fixe i1 et le support de pièce de contact mobile 10, l'impulsion de blocage est produite par 11 ouverture électrodynamique des pièces de contact. Enfin, pour produire l'impulsion de blocage, on peut également utiliser les effets produits par l'arc électrique de déclen cht Les effets lumineux de l'arc électrique peuvent être transformés en impulsions électriques par l'intermédiaire de photodiodes, phototransistors ou photothyristors. Dans des cham bres d'extinction fermées la pression de gaz produite par l'arc électrique de déclenchement peut servir à produire l'impulsion de blocage par l'intermédiaire d'interrupteurs auxiliaires agissant en fonction de la pression. Les impulsions de blocage de plusieurs interrupteurs prévus en aval (1' et 1" à la fig. 2) sont avantageusement amenées à l'interrupteur précédent 1 par un canal de transmission commun 12. La fig. 5 représente deux interrupteurs de puissance montés en série 1, 1' dans lesquels l'impulsion de blocage de l'interrupteur suivant 1' excite directement le convertisseur d'énergie électromécanique 4 de l'interrupteur prévu en amont. Ce procédé a toutefois pour condition que l'ordre donné par le déclencheur 2 à l'interrujpteur 1 pyranne fin plus tôt que l'impulsion de blocage produise dans l'interrupteur 1'. Sinon, la libération de la serrure de commutation risquerait de se produire en dépit de l'impulsion de blocage. Le montage de la fig. 6 évite cet-inconvénient en utilisant pour l'alimentation du convertisseur d'énergie électromécanique 4 un condensateur 14 chargé par l'intermédaire d'une résistance préalable 13. Après amorçage du thyristor 15 par l'impulsion de blocage arrivant au point E à partir du disjoncteur suivant, le condensateur 14 se décharge par l'intermédiaire du convertisseur d'énergie électromécanique 4. Cela a pour effet d'immobiliser la serrure de commutation 3. La durée de cette immobilisation peut être réglée en agissant sur la durée de décharge du condensateur. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection sélective contre les courts -circuits comprenant des disjoncteurs de puissance limiteurs de courant montés en série dans une installation de distribution basse tension, lesquels disjoncteurs comportent un déclencheur qui ouvre les pièces de contact avant même que la serrure de commutation ne soit libérée, caractérisé en ce que les processus cinématiques provoqués, par suite d'un court-circuit, par le déclencheur à l'intérieur du disjoncteur ou les effets de l'arc électrique de déclenchement sont utilisés pour produire une impulsion de blocage et en ce que chaque disjoncteur de puissance monté en série est empêché, par l'intermédiaire d'un convertisseur énergie électromécanique 4 excité par les impulsions de blocage des disjoncteurs de puissance prévus immédiatement en aval, de libérer la serrure de commutation 3. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulsion de blocage est produite par un interrupteur auxiliaire 6 qui est actionné par couplage mécanique avec l'aimant à armature de coupure 8 du disjoncteur. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'impulsion de blocage est produite par un interrupteur auxiliaire 6 actionné par un contacteur s'ouvrant par voie électrodynamique. 4 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que des phénomènes de pression ou des effets lumineux produits par l'arc électrique de déclenchement sont utilisés pour produire l'impulsion de blocage. 5 - ~ Dispositif suivant l'une des revendicatiolsl à 4, carac- térisé en ce que les impulsions de blocage des disjoncteurs suivants sont amenées au disjoncteur précédent par un canal de transmission commun 12. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce iiue, à condition que l'ordre de déclenchement donné à la serrure de commutation prenne fin plus tôt que l'impulsion de blocage, cette dernière excite directement le convertisseur d'énergie électromécanique 4 afin d'interdire la libération de la serrure. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, carac térisé en ce que l'énergie électrique nécessaire à 1'immobilisa- tion de la serrure de commutation est reçue par le convertisseur d'énergie électromécanique 4 après l'arrivée de l'impulsion de blocage à partir d'un condensateur chargé 14.