Brevet FR2347770A1 — publié le 19771104

La présente invention concerne les disjoncteurs basse tension particulièrement destinés à la protection des transformateurs utilisés sur les réseaux de distribution électrique0 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 général des déclencheurs thermiques dont les parties actives sont des bilames. Ces déclencheurs thermiques, fréquement 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-proteetions, soit des surprotections, toutes deux nuisibles à la tenue des transformateurs et à la qualité de 1' exploitation. Nous avons mis au point des solutions remédiant à ces difficultés en créant un déclencheur dont les bilames fonctionnant dans un liquide, permettent de créer un déclenoheur réalisant une "image thermique'1 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 disjoncteur de protection du transformateur quand le point le plus chaud des bobinages de celui-ci atteint une température qui avait été préalablement considérée comme "à ne pas dépasser1,. De cette façon, les problèmes sont résolus, à savoir t - le disjoncteur ne stouvre pas avant que le point chaud du transformateur n' atteigne sa temperature critique, donc la continuité de service est maximum, 20- le disjoncteur s'ouvre quel que soit le régime préalable, quand le point chaud du transformateur atteint cette température critique, donc interdit une détérioration du dit transformateur. Il nty a notamment aucune sous-protection dans cette solutions 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 conséquence 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 déclenoheur, parfaitement adapté au transformateur, supporte gale- ment. Il s'en suit que les surintensités sont donc supportées par les cables du réseau alimenté par le transformateur, ce qui provoque deux inconvénients importants 1 - Détérioration de6 zolants de cable, 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 déclenoheur 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 deuxieme solution fait ltobjet de notre invention. Comme il est connu dans nos brevets précédemment cités, le déclencheur se compose essentiellement - d'un boitier rempli d'un liquide di-l-ctrique à bonnes propriétés 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 indépendant0 La particularita de notre invention se compose d'un contact électrique fixé sur une bilame annexe, bilame attelée ou commandée par la barrette, et donc indirectenent par les bilames du déclencheur. Ce contact ferme le circuit d'une bobine à émission alimentée sépa rément et qui peut, comme la barrette, déclencher la serrure du disjoncteur, la fermeture du contact a lieu avant que la serrure du déclencheur ne fonctionne sous 11 effet des bilames primaires. En résumé, le déclencheur peut indifféremment ouvrir la serrure du disjoncteur de deux façons - soit par fermeture du contact fixé sur la bilame annexe qui, alimentant la bobine à émission avant le pivotement total de la barre te te, provoque l'ouverture de la serrure, - soit p-.r action directe des bilames sur la barrette qui, en fin de pivotement ouvre également la serrure du déclencheur. Les deux possibilités de léclencherent du déclencheur résul- tent des caractéristiques de fonctionnement des bilames dans un liquide. Ce fonctionnement des bilames traversées par un courant se fractionne en effet en deux chasse : 10- une déflexion rapide, phase I, par échauffement de la bilame, ît pratiquement sans influence du liquide a bisant dont la température ne varie pas sensiblement pendant cette phase. 20- une déflexion lente, phase II, par équilibre thermique progressif 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 immédiatement que - pour les surintensités faibles on rencontre successivemenI: les deux phases, - pour les surintensités importYntes on ne rencontre pratiquement que la première phase; le déclenchement se produisant avant que le liquide ait eu lé temps de s'échauffer. Malheureusement le passage deune 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 dé clenchement sur des surintensités situées en général entre les fonctionnement6 caractéristiques des deux phases; les surintensités plus importantes tétant pas dangerauses perce que trop courtes en temps. Pour obtenir ce fonctionnement, la barrette de déclenchement comporte par exemple, un contact double constitué par une bilame dont le sens de déflexion, sur élévation de température, est disposé de façon inverse au sens de déflexion des bilames primaires. Cette"bilame contact peut fermer un circuit par l'intermédiaire d'un contact réglable fixé sur le boitier du déolencheur. le circuit commandé par ce contact comprend une bobine à émission pouvant actionner la serrure0 Le fonctionnement de l'ensemble se déduit de la description. tO- SURINTENSI'2ES vAI3LSS a) Pendant la phase I, Bes bilames primaires déflectent mais, par réglage et constitution déflectent insuffisamment pour déclencher directement la serrure et insuffisamment également pour fermer le contact de bobine? Le déclencheur continue donc à fonctionner dans la phase II. b) vendant la phase II, le liquide s'échauffe progressivement et sa température s'élève. De ce fait, la température des bilames primaires baignées dans le liquide, augmente également progressivement. Soumis au pivoternent de la barrette, le contact de bobine dont la bilame n'est pas traversée par le courant, aurait tendance à se fermer, mais comme sa déflexion est inverse de celle des bilames pri maires,sl'élévation de température du liquide provoque au contraire, son éloignement par rapport au contact fixé sur le boitier. le circuit de bobine ne se ferme donc pas et le déclencheur déclenche sous la seule action des bilames primaires commandant la serrure. En résumé, rien de modifié sur les surcharges faibles; le déclencheur suit toujours la température du point chaud du trans for- mateur. Le contact de bobine n1 entre pas en action. 20. SI3RINTENSITES MOYENNES a) Pendant la phase I Bu fait que la surintensité est plus force, la phase I se poursuit plus rapidement. Le liquide a moins le temps de s'échauffer; la "bilame contact de bobine" ne déflecte pratiquement pas ce qui en traine la fermeture de son contact avant que la barrette ait pivoté au point de provoquer l'ouverture de la serrure par lys seules bilames primaires. Be but de l'invention est obtenu, le déclencheur Fquipé de son contact de bobine déclenche plus rapidement sur les surintensités moyennes que le déclencheur ne possédant que des bilames primaires. 30- SURINTENSITES FORTES a) Pendnvb la phase I Comme dans le 2 le déclenchement se produit uniquement en phase I, mais directement par les bilames primaires quand la chute de tension provoquée par la surintensité est trop importante, et ne permet pas faute de tension, le fonctionnement de la bobine.Il est à noter que la bilame contact est suffisannnent souple pour ne pas se déformer d' une façon permanente et ne pas génér le fonctionnement des bilames primaires0 Suivant l'exposé prfficédent, on constate donc que le but de l'invention est atteint, a savoir - sur les surcn^ges faibles, aucune modification de fonctionnement par rapport à un déclencheur à bilames dans un liquide. Le circuit de bobine à émission n' inter- vient pas. Le déclencheur réalise toujours "l'image thermique" du point chaud du transformateur, ce qui est fondamental. - Sur le s surcharges movennes, ces surcna:ges sont la zone d'action de l'invention, celle où on accélère le déclenchement par rapport à un déclencheur classique dans un liquide La courbe de fonctionnement "temps de déclenchement" en fonction des "intensités" ne suit plus le transformateur et "s"effondre" brutalement réduisant donc les contraintes de sur charge du réseau, ce qui est le but de l'invention. Dans toute cette zone, le déclenchement est provoqué par la bobine. - Sur les surcharges fortes, Sur ces surcharges , et par suite d'affaiblissement de tension dans le transformateur, la bobine, bien que son contact soit fermé avant le décrochement de la serrure, ne peut fonctionner. Le déclenchement se produit donc, comme dans un déclencheur à liquide, quand les bilames primaires provoquent, par la barrette, l'ouverture de la serrure. le dessin annexé illustre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du déclencheur conforme à la présente invention. le dessin est une vue en coupe du déclencheur par l'extrémité opposée A celle du contact de bobine. Le déclencheur est en principe tripolaire, mais par simplification, nous l'avons représenté en unipolaire. Dans le dessin (1) représente le boitier avec son couvercle (2) étanche; (3) les contacts d'arrivée et de sortie du déclen cheur (l'un derrière l'autre dans la vue du dessin) sur lesquels sont montées une résistance (4) et une bilame (5). leboitier (1) est rempli d'un liquide (6) diélectrique mais bon conducteur thermi Rue. La bilame primaire (5) déflecte dans le sens de la flèche (7) en cas d'élévation de sa température en faisant pivoter dans le m6- me sens la barrette (8) par l'intermédiaire de la vis de régige (9). En fin de pivotement, la barrette (8) libère l'accrochage (10) de la serrure (ii) commandant, soit directement, soit indirectement l'ouverture des contacts du disjoncteur. Sur la barrette pivotante (8) est fixée la partie constituant les moyens de l'invention soit, une bilame contact (12) déflectant dans le sens de la flèche (13) opposée à (7) an cas d'élévation de sa température; cette bilame par pivotement de la barrette (8) peut entrer en contact avec un contact réglable (14) fixé par exemple sur le boitier, ce qui a pour résultat de fermer le circuit annexe alimentant une bobine à émission (15) pouvant actionner comme (11) le mécanisme du disjoncteur figuré schématiquement en (16). La source d'énergie (17) alimentant ce circuit peut être celle prélevée sur le transformateur lui-même ou éventuellement une source auxiliaire. Le fonctionnement du déclencheur suivant l'invention est le suivant 70- SURINTENSITES FAIBLES Phase I, la bilame (5) déflecte rapidement mais insuffisamment pour permettre à la barrette (8) de décrocher (10)et de fermer (12), (14) et l'ensemble continue en Phase II Sous l'action de la résistance (4) etde la bilame (5), le liquide (6) s'échauffe et monte progressivement en température. De ce fait, les bilames (5) et (12) baignées dans le liquide (6) continuent lentement de déflecter mais en sens inverse, (5) suivant la flèche t7) en continuant de repousser la barrette (8), et (12) suivant la flèche (13) en s'éloignant du contact (14). De par calcul, constitution et réglage, la bilame (5) actionne la serrure (11) avant que la bilame (12) soit entrée en contact avec (14). le déclencheur fonctionne donc sur surintensités faibles comme si le contact de bobine (12)/(14) n'existait pas, et de ce fait, il suit toujours la tempfflrature du point chaud du tr-nsformateur conformément aux explications données dans les brevets procédemment cités s'y rapportant. 20- SURINTENSITES MOYENNES (fonctionnement recherché par l'invention) PHASE I., Ces surintensités sont supérieures aux precédentes et interdisent pratiquement qu'il y ait équilibre entre la température de la bilame (5) et le liquide (6). Dans tous les cas, la phase II n'est pas atteinte. Le fonctionnement sur cette gamme de surintensités est le suivant La bilame (5) déflecte rapidement et n'a pratiquement pas le tends de chauffer le liquide (6) de façon appréciable, ce qui fait qu'à l'inverse du cas prcédent la bile contact (12) ne déflecte pra tiquement pas et suit donc le pivotement de la barrette (8)-.Pendant ce pivotement la bilame (12) entre en contact avec (14) provoquant le fonctionnement de la bobine (15) sous l'influence de la source (17) et l'ouverture du disaoncteur. Cette fermeture de (12) et (14) se produit toujours avant le décrochage de (10), donc en réduisant les temps de fonctionnement qui auraient été obtenus si (12), (14) n'existaient pas. C'est le but de T'invention qui vise à un déclenchement accéléré dans cette gamme de surintensités. D SURINTENSITES FORTES Dans toute cette plage de surintensités fortes, la tension du transformateur est alors insuffisante pour permettre le fonctionnement de ll bobine bien que les contactes (12) et (14) soient également fermés avant que la serrure (11) ne décroche. Le fonctionnerent est donc simplement provoqué comme dans le déclencheur à liquide normal par le décrochage de (10) sous la seule action des bilames (5) repoussant la barrette (8). La bilame contact (12) est suffisamment souple pour qu'elle ne perturbe pas le fonctionnement des bilames (5), En conclusion, le déclencheur décrit dans le dessin répond bien au but fixé par ltinvention, à savoir - maintenir les temps de fonctionnement sur surcharges faibles de façon à conserver intégralement dans cette plage les caraczéristi- ques de l'image thermique. - accélérer les temps de déclenchement sur surcharges moyennes, de façon à réduire d'une part les contraintes inutiles du réseau en tempér ture, et d'autre part, les alimentations BOUS tension rédui- te des abonnés. - maintenir ls temps de fonctionnement sur surcharges fortes, de façon à réduire les contraintes du réseau et du transformateur. Le déclencheur objet de l'invention peut être utilisé avantageusement dans tour le 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'être obligé de renforcer le réseau pour supporter ces surintensités, cause de d6- tériorations par échauffement. REVENDICATIONS 1 - Déclencheur de disjoncteur pour protection de transformeteurs de distribution électrique basse tension, à bilames primaires fonc tionnant dans un liquide et commandant le pivotement d 'une barrette actionnant une serrure, caractérisé en ce que la barrette possède une bilame annexe déflectant en sens inverse des bilames primaires, bilame annexe qui, par pivotement de le barrette, ferme le circuit électrique d'une bobine à émission avant que la barrette ait actionné le serrure quand le liquide n'a pas influencé sensiblement par échauffement la déflexion de la dite bilame annexe; le fonctionnement de la bobine à émission provoquant; comme la serrure, louver- ture du disjoncteur commandé par le déclencheuro 2 -Déclencheur de disjoncteur se:on la revendication 1, caractErisé en ce que le contact fixe opposé à la bilane annexe permet de faire varier la distance entre la bilame annexe et lui-même, 3 - Déclencheur de disjoncteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la barrette peut être monobloc ou comporter des barrettes annexes pivotantes, 4- Déclencheur de disjoncteur selon le revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que la bilame secondaire de contact de bobine peut être fixée sur le boitier et comporter ou non une vis de contact réglable.