Brevet FR2377086A1 — publié le 19780804

L'invention, due à la collaboration de Messieurs André DUCLUZAUX et Jean-Marc QUINODOZ, est relative à un disjoncteur électrique à commande électrique d t ouverture comprenant un accumulateur d'énergie électrique et un dispositif électrodynamique de commande d'ouverture susceptible d T engendrer énergie mécanique d'ouverture lorsqu'il est alimenté par ledit accumulateur d'énergie électrique. Le brevet français NO 2.247.118 décrit un disjoncteur du genre mentionné, faisant usage d'un effet électrodynamique, dit effet Thomson, pour le déplacement rapide en position d'ouverture des contacts où ces derniers sont maintenus par un dispositif de verrouillage, à l'encontre d'un ressort de fermeture.L'enclenchement du disjoncteur résulte d'un déverrouillage commandé par un autre dispositif électrodynamique à effet Thomson, une ou plusieurs batteries de condensateurs fournissant énergie de décharge pour les commandes d'ouverture et d'enclenchement. Effet Thomson engendre des vitesses élevées de déplacement de ltéquipage mobile du disjoncteur, favorables à la coupure de courant de courtcircuit mais impliquant des accélérations et chocs violents et une fatigue rapide des pièces. La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et d'adapter la force de commande d1ouverture des contacts aux véritables besoins. Un altre but de l'invention est 'amélioration de la fiabilité et de la sécurité de fonctionnement du disjoncteur. Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit accumulateur d'énergie est subdivisé en deux parties, la capacité de ltune desdites parties étant suffisante à une commande d'ouverture du disjoncteur en condition normale et que ledit dispositif électrodynamique est susceptible d'être relié électriquement auxdites narties de l'accumulateur de façon à tre alimenté par l'une des parties de l'accumulateur en ouverture en condition normale et par les deux parties en cas de défaut. En subdivisant l'accumulateur d'énergie, en l'occur- rence la batterie de condensateurs, en deux parties, il est possible de moduler l'intensité de la décharge électrique et la force de déplacement de l'équipage mobile en n'utilisant la totalité des condensateurs que lors d'une coupure d'un eourant de défaut. D'autre part, la défaillance de l'une des parties de l'accumula teur laisse disponible une énergie emmagasinée restant suffisante pour provoquer 1 t ouverture immédiate de l'appareil. Le dispositif électromécanique de commande d'ouverture des contacts comporte de préférence un bobinage et un disque conducteur disposé en regard du bobinage, de manière à subir une répulsion énergique par effet Thomson lorsque le bobinage est traversé par une décharge électrique. Un dispositif analogue à effet Thomson commande le déverrouillage mécanique de l'équipage mobile pour une manoeuvre de fermeture sous l'action d'un ressort. Selon un développement de ltinvention, le disjoncteur comporte un circuit électronique de commande à thyristors pilotant la décharge des batteries de condensateurs. Lors d'un défaut, le circuit électronique élabore des signaux d'allumage simultané des deux thyristors, associés aux deux parties de la batterie de condensateurs d'ouverture, pour un déclenchement rapide du disjoncteur et une coupure du courant de défaut. Lors d'une ouverture normale commandée, seul l'un des thyristors est débloqué. Les thyristors peuvent être remplacés par tout autre dispositif assurant une fonction électrique équivalente, tels que transistors, thyratrons, éelateurs à gaz commandés etc... I1 est important d'éviter toute fausse manoeuvre et la commande électronique se prête à des sécurités additionnelles et à un autocontrôle du disjoncteur, plus particulièrement à un con trôle de l'état de charge des batteries de condensateurs, de l'alimentation des auxiliaires, d'une discordance de position des contacts, d'une usure excessive des contacts et analogues. Le circuit électronique et les batteries de condensateurs sont de préférence communs aux commandes des différents pôles du disjoncteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 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 la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un pôle d'un disjoncteur selon l'invention; les figures 2A et 2B montrent un schéma synoptique de la commande du disjoncteur selon la figure 1; La figure 1 correspond à celle du brevet français NO 2.247.118, auquel on se reportera avantageusement pour une description détaillée, et l'on reconnatt l'équipage mobile 10 du pôle comprenant le pont de contact 12 et le disque 14 de la commande d'ouverture disposé coaxialement et en regard du bobinage 16.Le bloc de verrouillage 18 à rouleaux de coincement 20 de l'équipage mobile 10 en position d'ouverture du pôle, comprend le bobinage 22 de commande de déverrouillage, qui est susceptible de repousser le disque 24 et de déplacer les rouleaux 20 en position de déblocage pour permettre la fermeture ou l'enclenchement du pôle du disjoncteur sous l'action du ressort de rappel 26. Le bobinage 22 est relié par un circuit électrique comprenant un thyristor 28 à une batterie de. condensateurs 30. D'une manière analogue, le bobinage 16 est relié à une batterie de condensateurs, désignée par le repère général 32 et subdivisée en deux parties 34, 36 connectées en parallèle. Chaque partie 34, 36 comporte un thyristor de commande 42, 44 à gâchette 38, 40, branché en série avec les condensateurs. Le pôle étant en position ouverte, représentée à la figure 1, il suffit d'appliquer un signal à la gâchette 29 du thyristor 28 pour décharger la batterie de condensateurs 30 dans le bobinage 22 et provoquer la répulsion du disque 24 qui percute les rouleaux 20 et les maintient un court instant en position de déverrouillage.En position fermee du pôle, le disque 14 vient en regard du bobinage 16 et une manoeuvre d'ouverture résulte de l'application d'un signal à la gâchette 38 ou 40 du thyristor 42 ou 44 ou des deux thyristors 42, 44. I1 est inutile de décrire plus en détail ce fonctionnement, qui est bien connu, chaque pôle pouvant comporter sa commande individuelle ou les trois pôles d'un disjoncteur tripolaire être reliés mécaniquement et commandés par une commande commune. En se reportant plus particulièrement à la figure 2, on voit que les trois bobinages 22, 22', 22'.' d'enclenchement des trois pôles du disjoncteur tripolaire sont connectés en série et reliés à la batterie de condensateurs 30, tandis que les bobinage 16, 16', 16tut d'ouverture, également en série, sont reliés à la batterie de condensateurs 32. Les batteries 30, 32 sont reliées à un circuit de charge 46 à transformateur 48 prélevant l'énergie sur la ligne 50, protégée par le disjoncteur schématiquement représenté par les contacts 12. Un régulateur de charge 52 pilote un thyristor 54 du circuit de charge 46 pour assurer une charge constante et des capteurs 56, 58 détectent respectivement une tension aux bornes des condensateurs, supérieure à un seuil pré déterminé U maxi ou inférieure à un seuil prédéterminé U mini. Le transformateur 48 alimente également un circuit 60 des auxiliaires doté d'un capteur 62 de détection d'une tension inférieure à une tension U mini. A chaque contact 12 des différents pôles est associé un capteur de position 64, relié d'une part à un bloc de détection 66 de discordance de position des contacts 12, et d'autre part à un bloc 68 de contacts auxiliaires. Un transformateur de courant 70, associé à la ligne 50 alimente un bloc 72 détecteur de surintensité, connecté à un bloc antipompage 74 à indicateur 76 et à bouton de réarmement 78, qui émet un signal d'inhibition d'enclenchement lors d'une succession de déclenchements sur défaut. Un bloc 80 d'autocontrole du disjoncteur et de sa commande électronique reçoit un signal d'un circuit 82 OU, aux entrées duquel sont appliqués les signaux émis par les capteurs 56, 58 de surtensions ou de sous-tensions des condensateurs 30, 32, le signal du bloc 66, indiquant une discordance de position des contacts 12 et d'autres signaux de sécurité, notamment de surchauffe du disjoncteur ou d'usure exeessive des contacts émanant d'autres détecteurs (non représentés). Le bloc d'autocontrôle 80 mémorise une défaillance et comporte une signalisation 84 et un bouton de réarmement 86.Le signal émis par le bloc 80 en cas d'absence de défaillance est appliqué à l'une des entrées d'un circuit 88 ET, ont la sortie est reliée à la gâchette 29 du thyristor d'enclenchement 28. aux nusres entrées du circuit 88 ET sont appliqués les signaux d'olcire de fermeture, d'absence diordre d'ouverture, dlab- sence d'un signal antipompage du bloc 74, de signalisation d'ouverture des contacts 12 et des signaux de tension des capteurs 58 et 52.Le circuit 88 ET émet un signal de déblocage du thyristor 28 pour un enclenchement du disjoncteur uniquement en présence de signaux sur toutes ses entrées, c'est-à-dire de respect de l'en- semble des conditions précitées, dont l'énumération est nullement exhaustive. La gâchette 38, du thyristor 42, est reliée à la sortie d'un circuit 90 ET et la gâchette 40 du thyristor 44 à la sortie d'un circuit 92 ET, ces circuits eo, 92 ayant chacun deux entrées. A l'une des entrées du circuit 90 ET est appliqué un signal du bloc 68 de signalisation de la fermeture des contacts 12 et l'autre entrée est reliée à la sortie d'un circuit 94 GU à trois entrées auxquelles sont respectivement appliqués un signal ordre d'ouverture, un signal de manque de tension émanant du capteur 62 et un signal de sortie dtun circuit 96 OU. Ce dernier signal est également appliqué à ltztre des entrées du circuit 92 ET dont l'au- tre entrée reçoit le signal du blcc 68 de signalisation de ferme- ture des contacts 12.Aux deux entrées du circuit 96 OU sont ap Pliques respectivement le signal de sortie du circuit 82 OU et le signal du bo 72 de détection dTune surintensité. La parte 34 de la batterie de condensateurs 32 comprend trois jondensateurs 98, 98', 98" branchés en parallèle avec interoositlon de diodes '00 empêchant une décharge des condensateurs 98, 98', ou 98" restés sains dans celui d'entre eux, qui serait en court-circuit. Le disjoncteur melon l'4nvention fonctionne de la manière suivante En fonctionnement normal les batteries de condensateurs 30, 32 sont chargées et leur charge est contrôlée par les détecteurs 5, 58. Lorsque le disjoncteur est ouvert le circuit 88 ET ne peut émettre un signal de déblocage du thyristor 28 que lorsque toutes ses entrées reçoivent un signal, c'est-à-dire lorsque 1'ensemble des conditions suivantes sont remplies : présence d'un ordre de fermeture et absence d'un ordre d'ouverture; contacts ouverts, présence ae tension aux auxiliaires et aux bornes des batteries de condensateurs 30, 32; absence d'un signal antipompage et d'un signal d'inhibition d'autocontrôle.Une fermeture du disjoncteur n'est donc possible que lorsque le dispositif d'au tocontrôle ne détecte aucune anomalie et que le disjoncteur est capable de se rouvrir, c'est-à-dire d'une charge normale des batteries de condensateurs et d'une alimentation des auxiliaires. L'ouverture du disjoncteur peut être commandée de deux manière différentes Une ouverture normale est commandée par déblocage du thyristor 42 et décharge de la partie 34 ae la batterie de condensateurs 32 à travers les bobinages 16, 16', 16" pour déplacer à vitesse normale les équipages mobiles 10 en position d'ouverture des contacts 12. Un signal de déblocage du thyristor 42 pour une ouverture normale est émis par le circuit 90 ET, lors d'une présence de signaux sur ses deux entrées, c'est-à-dire d'une part confirmation que l'appareil est fermé et d'autre part soit la présence d'un ordre d'ouverture soit un manque d'alimentation des auxiliaires, appliqués au circuit 96 OU. Une ouverture rapide est commandée par déblocage simultané des thyristors 42, 44 et décharge des parties 34 et 36 de la batterie de condensateurs 32 à travers les bobinages 16, 16', 16" pour déplacer rapidement les équipages mobiles du disJoncteur. L'ouverture rapide résulte soit d'un signal ae défaut émis par le bloc 72 et appliqué au circuit 96 OU, soit d'un signal dlautocon- trôle mis par le circuit 82 OU et appliqué à l'autre entrée du circuit 96 OU. e signal em.s par le circuit 96 OU est appliqué directement au circuit T du thyristor 44 et par l'intermé- araire du circuit 94 U au circuit 90 T du thyristor 42.Il est facile de voir qu'en cas d défaillance de l'un des circuits de décharge, les deux thyristors 42, 44 étant débloqués simultanément, 1 autre circuit prend automatiquement la relève et assure l'cuver- ture du disjoncteur éventuellement à vitesse réduite. Les circuits 90, 92 ET ne transmettent les signaux d t ouverture que lorsque les contacts 12 sont fermes. D'autres sécurités peuvent être adjointes au circuit électronicue ou certaines peuvent être supprimées sans sortir du cadre de l'invention, et celle-ci n'est bien entendu nullement limitée au circuit électronique décrit. RnENDI CA TIONS 1. Disjoncteur électrique à commande électrique d'ouverture comprenant un accumulateur d'énergie électrique et un dispositif électrodynamique de commande d'ouverture susceptible d'engendrer 1'énergie mécanique d'ouverture lorsqu'il est alimenté par ledit accumulateur d'énergie électrique, caractérisé par le fait que ledit accumulateur d'énergie est subdivisé en deux parties, la capacité de l'une desdites parties étant suffisante à une commande d'ouverture du disjoncteur en condition normale et que ledit dispositif électrodynamique est susceptible d'être relié électriquement auxdites parties de l'accumulateur de façon à être alimenté par l'une des parties de l'accumulateur en ouverture en condition normale et par les deux parties en cas de défaut. 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif électrodynamique comporte un bobinage dtouverture et une plaque conductrice disposée en regard du bobinage, de manière à être répulsée par effet Thomson lorsque le bobinage est traversé. par une décharge électrique et que ledit accumulateur d'énergie comporte une batterie de condensateurs. 3. Disjoncteur selon la revendication 2, à commande ~ nncaenshemenl par effet Thomson, caractérisé par le fait qu'il comporte un deuxième accumulateur d'énergie à condensateurs et un ième dispositif électrodynamique à bobinage d'enclenchement et à plaque conductrice associée, commandant l'enclenchement du disjoncteur lorsque le bobinage est traversé par le courant de décharge des condensateurs. 4. DisJoncteur multipolaire selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que chaque pôle du disjoncteur comporte un dispositif électrodynamique individuel de commande d'ouverture, l'accumulateur d'énergie d'ouverture étant commun aux dispositifs électrodynamiques d'ouverture des différents pôles alimentés par l'intermédiaire d'un interrupteur de commande d'ouverture et/ou un dispositif électrodynamique individuel de commande d'enclenchement, l'accumulateur énergie d'enclenchement étant commun aux dispositifs électrodynamiques d'enclenchement des différents pôles alimentés par l'intermédiaire d'un interrupteur de commande d'enclenchement. 5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une bat- rie de condensateurs d'ouverture subdivisée en deux parties, un premier interrupteur statique, associé à l'une desdites parties, de commande d'ouverture normale et un deuxième interrupteur statique, associé à l'autre desdites parties, de commande d'ouverture sur défaut, une batterie de condensateurs d'enclenchement associé à un troisième interrupteur statique d'enclenchement et un circuit électronique de commande desdits interrupteurs astatiques assurant la conduction simultanée desdits premier et deuxième interrupteurs en cas de défaut. 6. Disjoncteur selon la-reverdication 5, caractérisé par le fait que ledit circuit électronique comporte un dispositif de contrôle de charge desdits condensateurs, un circuit d'inhibition de la commande dudit troisième interrupteur d'enclenchement. en cas de manque de charge et un circuit de commande de conduction desdits premier et deuxième interrupteurs en cas de manque ou de surcharge desdits condensateurs. 7. Disjoncteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que chaque pôle comporte un détecteur de position des contacts, ledit circuit électronique comprenant un circuit de détection de discordance de position des contacts commandant lesdits premier et deuxième interrunteurs en cas de discordance de façon à ouvrir le disjoncteur.