Brevet FR2419579A1 — publié le 19791005

La présente invention concerne des disjoncteurs destinés à la coupure rapide de circuits électriques et à la mise hors circuit d'installations électriques se trouvant en panne, par exemple par suite d'un court-circuit. Des disjoncteurs sont montés fréquemment dans les circuits électriques équipant des mines où risquent de se produire des dégagements brusques de grisou ou de méthane, ainsi que dans les systèmes d'alimentation en énergie électrique dont les conditions d'utilisation présentent un danger d'explosion, ce qui est le cas, notamment, dans les industries pétrolière, chimique et de production de gaz. On connait un disjoncteur comportant un système de contacts constitué par deux groupes de contacts susceptibles d'etre amenés en contact électrique. Le premier groupe de contacts est monté avec la possibilité d'effectuer un déplacement et il est relié mécaniquement à un système de contact court-circuiteur et à un dispositif entralanement rapide. Ce premier groupe de contacts, relié au dispositif d'entralnement, constitue la partie mobile du système de contacts, tandis que le second groupe de contacts constitue la partie fixe dudit système. Le disjoncteur est monté aux bornes de sortie d'un transformateur de puissance qui fournit le courant au circuit électrique ou à l'installation-électrique à protéger. A l'arrivée du signal de déclenchement de sécurité, le dispositif d'entraînement rapide écarte les contacts du système de contacts et ferme ceux du système de contact court-circuiteur. A ce moment, le système de contact court-circuiteur met en courtcircuit le réseau électrique endommagé en interrompant son alimentation en énergie électrique, tandis que les deux groupes de contacts du système de contacts débranchent le circuit électrique endommagé du transformateur de puissance. La mise en court-circuit du réseau, tant en cas de déclencheur ment de sécurité qu'en cas de déclenchement fonctionnel, engendre de forts courants d'induction qui provoquent une usure rapide du système de contacts et conduisent à un régime de fonctionnement difficile du transformateur. Si une usure intense du système de contacts et un fonctionnement du transformateur de puissance en régime de court-circuit peuvent être justifiés dans certains cas, il n'en demeure pas moins qu'il est généralement fâcheux de procéder à des débranchements fréquents, non liés aux courtcircuits accidentels dans le réseau électrique ou dans les installations électriques branchés sur ce réseau, de tels débranchements fréquents risquant d'engendrer une défaillance prématurée du disjoncteur et du transformateur de puissance. En outre, la nécessité de prévoir un écartement requis des contacts dans le système de contacts lors du déclenchement du disjoncteur limite la rapidité de coupure du circuit pour des raisons de sécurité. Compte tenu de ce qui précède, l'invention a essentiellement pour objet de mettre au point un disjoncteur dont la conception permettrait de supprimer l'action des courants de court-circuit sur le système de contacts lors des déclenchements fonctionnels et d'augmenter la rapidité de mise en action du disjoncteur lors des déclenchements de sécurité. le disjoncteur selon l'invention comporte un système de contacts constitué par deux groupes de contacts propres à venir en contact électrique, dont le premier est monté de manière à pouvoir effectuer des déplacements et se trouve relié mécaniquement à un système de contacts court-circuiteurs et à un dispositif d'entrainement rapide, le susdit disjoncteur étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'entraînement opératoire du premier groupe de contacts, tandis que le second groupe de contacts du système de contacts est monté de façon à présenter une possibilité de déplacement et se trouve relié cinématiquement au susdit dispositif d'entrainement opératoire. Le dispositif d'entrainement opératoire peut avantageusement comprendre un levier à élément de commande, un mécanisme de déclenchement libre à l'aide duquel l'élément de commande dudit levier puisse être cinématiquement relié au second groupe de contacts du système de contacts, et un déclencheur électromagnétique, tandis que le dispositif d'entrainement rapide possède un contact auxiliaire monté dans le circuit électrique du susdit déclencheur électromagnétique de manière que, lorsque ledit dispositif d'entraînemnnt rapide entre en action, le susdit contact auxiliaire s'ouvre et le déclencheur électromagnétique actionne le susdit mécanisme de déclenchement libre, en provoquant ainsi sa mise en action. I1 est avantageux que l'élément commandant le dispositif d'entraînement rapide soit relié cinématiquement au mécanisme de déclenchement rapide, en sorte que, au moment où l'entrainement rapide entre en action, son élément de commande actionne, conjointement avec le déclencheur électromagnétique, le mécanisme de déclenchement libre, en provoquant ainsi sa mise en action. Un tel disjoncteur selon l'invention permet de supprimer l'influence des courants de court-circuit sur le système de contacts du disjoncteur et sur le transformateur de puissance lors de déclenchements fonctionnels, et de réduire, par conséquent, l'usure du disjoncteur et du transformateur de puissance et d'accroitre en outre la rapidité d'action du disjoncteur lors du déclenchement de sécurité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris encore à la lecture de la description ciaprès de modes de réalisation préférés mais non limitatifs, description faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un schéma de principe d'un disjoncteur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 montre, dans les mêmes conditions, un disjoncteur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 3 représente le disjoncteur de la figure 1 en position enclenchée - la figure 4 représente le disjoncteur de la figure 1 en situation de déclenchement de sécurité - la figure 5 représente le disjoncteur de la figure 2 lorsqu'il est enclenché - la figure 6 représente le même disjoncteur en situation de déclenchement fonctionnel à distance - la figure 7, enfin, représente le disjoncteur de la figure 2 en situation de déclenchement de sécurité. Le disjoncteur 1 représenté figure î, conforme à l'invention, est destiné au déclenchement rapide de sécurité de circuits et d'installations électriques (non montrés sur les dessins) en cas de pannes dues, par exemple, à des courts-circuits. Ce disjoncteur est installé habituellement sur les bornes de sortie 2 d'un transformateur de puissance 9 (représenté dune manière conventionnelle en pointillé). le disjoncteur 1 comporte un système de contacts 4 comprenant deux groupes de contacts 5 et 6 propres à venir en contact électrique. Les contacts 5 et 6 sont montés de manière à pouvoir être déplacés par pivotement autour d'articulations 7 et 8 respectivement. les contacts 5 sont reliés mécaniquement à un système de contacts court-circuiteur 9 constitué par des contacts 10 et 11. le contact lI est rigidement fixé aux contacts 5 par une tige 12. Les contacts 10 sont branchés en parallèle sur les contacts 5 et sont reliés avec ceux-ci au circuit électrique ou aux installations électriques à protéger, à l'aide de bornes 13. Un organe de commande 14 relie les contacts 5 à un dispositif d'entraînement rapide 15, avantageusement d'un type électrodynamique. le dispositif d'entrainement 15 est constitué par nn disque 16 et un inducteur 17. l'organe de commande 14 s' appuie sur le disque 16. Les contacts 6 sont reliés cinématiquement à un dispositif d'entraînemeSt opératoire 18 équipé d'un levier de manoeuvre 19 et sont poussés par un ressort de compression 20. le dispositif dlentrainement opératoire 18 est relié électriquement à un capteur de surcharge 21 et à un capteur de fuite de courant 22. L'inducteur 17 du dispositif d'entrainement rapide 15 est relié électriquement à un condenseur 23 et à un thyristor 24 reliés en série. et asservis à un capteur de court-circuit 25. Selon le mode de réalisation représenté figure 2 du disjoncteur, le levier de commande 19 du dispositif-d'entrainement opératoire 18 est accouplé, par l'intermédiaire d'un élément de transmission 26, à un mécanisme de déclenchement libre 27 à l'aide duquel l'élément 26 est cinématiquement relié aux contacts 6 du système de contacts 4 et à un déclencheur électromagnétique 28. Le levier 19 et l'élément de transmission 26 sont articulés sur une console 30 à l'aide d'un pivot 29. Le mécanisme de déclenchement libre 27 comporte un tirant 31, articulé à l'aide d'axes 32 et 33 sur l'élément 26 et sur des leviers 34 et 35, eux-mêmes articulés, à l'aide d'axes 36 et 37, à une biellette 38 et à un levier 39. La biellette 38 est articulée, à son tour, à l'aide d'un axe 40, sur les contacts 6. Le levier 39 est articulé, à l'aide d'un axe 41, sur un appui fixe 42 disposé entre des butées 43 et 44 qui limitent son déplacement. Le mécanisme 27 comprend également un élément de blocage 45 articulé à l'aide d'un axe 46 sur un appui 47 et poussé par un ressort 48. Sur l'élément de blocage 45 est prévu un butoir 49. Le déclencheur électromagnétique 28 comprend un circuit magnétique 50 comportant une bobine électromagnétique 51 et un induit 52 articulé, par un axe 53, sur ledit circuit magnétique 50. Le dispositif d'entraînement rapide 15 comprend un contact auxiliaire 54 monté dans le circuit électrique du déclencheur électromagnétique 28 de manière que, lorsque le dispositif d'entraînement rapide 15 est entré en action, le contact auxiliaire 54 s'ouvre et l'induit 52 du déclencheur électromagnétique 28 actionne l'élément de blocage 45 du mécanisme 27 de dcw'enchement libre en provoquant sa mise en action. le contact auxiliaire 54 est branché dans le circuit électrique de la bobine 51 du déclencheur électromagnétiqu;; 28 dans lequel sont branchés en série les contacts 55 et 56 des capteurs de fuite de courant et de surcharge (non représentés sur les dessins), et un bouton 57 de déclenchement à distance du disjoncteur 1, ce bouton étant branché dans le circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 (circuit non représenté sur les dessins). le contact auxiliaire 54 est fixé sur la tige 58 elle-meme fiée à demeure sur l'élément de commande 14. L'élément 14 commandant le dispositif d'entraSnement rapide 15 est cinématiquement relié à l'élément de blocage 45 du mécanisme de déclenchement libre 27 de manière telle que, lorsque le dispositif d'entraSnement rapide 15 est entré en action, son élément de commande 14 actionne, en coopérant avec le déclencheur électromagnétique 28, l'élément de blocage 45 du mécanisme de déclenchement libre 27. Un butoir 59 est prévu sur l'élément de commande 14. Un butoir 60, monté dans le mécanisme de déclenchement libre 27, sert à limiter la course du levier 34. Le disjoncteur venant d'être décrit fonctionne de la manière suivante. Pour l'enclenchement fonctionnel du disjoncteur 1, il est nécessaire, en se servant de l'élément de commande 15, de placer les contacts 5 et 11 dans la position initiale représentée sur la figure 1. Ensuite, à l'aide du levier 19 du dispositif d'entratnement opératoire 18, on déplace les contacts 6 de la position représentée sur la figure 1 dans la position montrée sur la figure 3. Pour le déclenchement fonctionnel du disjoncteur I, il faut, en se servant du levier 19 du dispositif d'entrainement opératoire, déplacer les contacts 6 de la position représentée sur la figure 3 dans la position montrée sur la figure 1. Le déclenchement de sécurité, qui ne nécessite pas une grande rapidité d'exécution, s'effectue en cas de surcharges ou de fuites de courant enregistrées par les capteurs 21 ou 22 respectivement. Les signaux débités par les capteurs 21 et 22 arrivent au dispositif d'entraînement opératoire 18 qui entre en action et fait déplacer ?es contacts 6 de la position représentée sur la figure 3 dans la position indiquée sur la figure 1. En cas de court-circuit dans le circuit électrique ou dans une installation électrique à protéger, le capteur de courtcircuit 25 envoie un signal à l'électrode de commande du thyristor 24. Le thyristor 24 s'ouvre et le condenseur 23 se décharge dans l'inducteur 17 du dispositif d'entratnement électrodynamique rapide 15. A ce moment, les forces électrodynamiques engendrées entre l'inducteur 17 et le disque 16 déplacent le disque 16. L'élément de commande 14, s'appuyant sur le disque 16, fait déplacer les contacts 5 et le contact 11 de la position représentée sur la figure 3 dans la position montrée sur la figure 4. Le contact 11 vient s'appuyer sur les contacts 10 et le circuit électrique endommagé est coupé, les contacts 5 débranchant le circuit électrique endommagé du transformateur de puissance 3. Pour remettre le disjoncteur 11 en état d'assurer à nouveau un déclenchement de sécurité, il faut déplacer les contacts 6 à l'aide du levier 19 du dispositif d'entraînement opératoire 18 de la position représentée sur la figure 4 dans la position représentée sur la figure 1. Ensuite, à l'aide de il'élément de commande 15, il faut placer le disque 16 du dispositif d'entrainement rapide 15 et les contacts 5 et 11 dans la position représentée sur la figure 1. Le disjoncteur 1 est alors prêt pour assurer l'enclenchement opératoire. Ainsi, les courants de court-circuit engendrés dans le réseau électrique agissent sur le système de contact 4 du disjoncteur 1 et sur le transformateur de puissance 3 uniquement lors du déclenchement de sécurité du disjoncteur 1. De la sorte, en cas de déclenchement fonctionnel ou de déclenchement aux régimes qui ne nécessitent pas un déclenchement rapide, les courants qui agissent sur le système de contact 4 du disjoncteur 1 et sur le transformateur de puissance 3 sont sensiblement inférieurs au courant intervenant en cas de court-circuit. Le disjoncteur montré sur la figure 2 fonctionne de la manière suivante. Pour l'enclenchement fonctionnel du disjoncteur 1, il est nécessaire de déplacer le levier 19 de la position représentée sur la figure 2 dans la position montrée sur la figure 5. Dans ce ca3, l'élément de commande 26, actionné par l'intermédiaire du tirant 31, du levier 34 et de l'élément pivotant 38, fait déplacer les contacts 6 de la position montrée sur la figure 2 dans la position montrée sur la figure 5. Le système de contact 4 se ferme. Pour le déclenchement fonctionnel du disjoncteur 1, il est nécessaire de déplacer le levier 19 de la position représentéesur la figure 5 dans la position montrée sur la figure 2. Dans ce cas, l'élément de commande 26 actionné par l'intermédiaire du tirant 31, du levier 34 et de l'élément pivotant 38, fait déplacer les contacts 6 de la position représentée sur la figure 5 dans la position montrée sur la figure 2. Le système de contact 4 s'ouvre. le déclenchement fonctionnel du disjoncteur 1 peut être effectué à distance à l'aide du bouton 57 de la commande à distance. En appuyant sur le bouton 57, on coupe le circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 du déclencheur électromagnétique 28. 1a mise hors circuit de la bobine 51 conduit au déplacement de l'induit 52 de la position représentée sur la figure 2 dans la position montrée sur la figure 6. L'induit 52 actionne l'élément de blocage 45 en le faisant tourner autour de l'axe 46. Le levier 39 se dégage du butoir 49 et, sollicité par le ressort 20, se déplace depuis le butoir 43 vers le butoir 44. Sous l'action du ressort 20, les contacts 6 se déplacent dans la position montrée sur la figure 6 en ouvrant le système de contacts 4. Pour l'encle- cément ultérieur fonctionnel du disjoncteur 1, il est nécessaire de rétablir le circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 du déclencheur électromagnétique 23 (dans ce cas, il faut laisser au repos le bouton 57). L'induit 52 est déplacé vers le circuit magnétique 50.L'élément de blocage 45 revient dans sa position initiale sous l'action du ressort 48. Ensuite, le levier 19 doit être déplacé de la position représentée sur la figure 6 dans la position montrée sur la figure 2. A l'aide du tirant 31 et du levier 35, l'élément de commande 26 déplace le levier 39 à partir du butoir 44 vers le butoir 43 en le mettant en prise avec le butoir 49 de la manière représentée sur la figure 2. Le disjoncteur 1 est alors prêt pour l'enclenchement fonctionnel. En cas de surcharges ou de fuites de courant, le contact 56 du capteur de surcharge ou le contact 55 de fuite de courant coupe le circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 du déclencheur électromagnétique 28 et il se produit alors le déclenchement de sécurité, ne nécessitant pas une action rapide, de manière analogue au cas décrit précédemment. En cas de court-circuit dans le réseau électrique protégé ou dans une installation électrique protégée, le capteur de courtcircuit 25 envoie, lors de l'enclenchement du disjoncteur 1, un signal à l'électrode de commande du thyristor 24. le thyristor 24 s'ouvre et le condensateur 23 se décharge sur le mécanisme d'entraînement électrodynamique rapide 15. Le disque 16 est poussé depuis l'inducteur 17 en faisant déplacer alors l'élément de commande 14 de la position représentée sur la figure 5 dans la position montrée sur la figure 7. Les contacts 5 s'éloignent des contacts 6 tandis que le système de contacts court-circuiteur 9 se ferme. A'ce moment, l'élément de blocage 45 est sollicité par l'élément de commande 14 et par l'induit 52. L'action de l'induit 52 sur l'élément de blocage 45 se produit grâce à la coupure du circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 par le contact auxiliaire 54. Sous l'action de l'élément de commande 14 et de ltinduit 52, l'élément de blocage 45 tourne autour de l'axe 46. En conséquence, le levier 39 se dégage du butoir 49 et les contacts 6 sollicités par le ressort 20 se déplacent de la position représentée sur la figure 5 dans la position montrée sur la figure 7. La position du disjoncteur 1 après le déclenchement de sécurité est montrée sur la figure 7. L'ouverture du système de contacts 4 lors du déclenchement de sécurité s'effectue sous l'effet des déplacements des contacts 5 et des contacts 6. Dans ce cas, 11 écartement entre les contacts 5 et 6 est égal à la valeur de la somme de la course des contacts 5 et de la course des contacts 6. Du fait que, lors de la mise en court-circuit du système de contact court-circuiteur 9, l'énergie électrique cesse d'arriver dans le circuit électrique et dans l'installation électrique à protéger, l'action rapide du déclenchement de sécurité dépend dans une grande mesure de l'écartement entre les contacts 10 et 11 du système de contact court-circuiteur 9.Dans le cas représenté, la course des contacts mobiles Il et, par conséquent, des contacts 5, est choisie la plus faible possible, afin d'assurer l'action rapide du disjoncteur 1 lors du déclenchement de sécurité, tandis que l'écartement entre es contacts 5 et 6 est assuré principalement par la course des contacts 6. Pour préparer le disjoncteur 1 à l'enclenchement fonctionnel après le déclenchement de sécurité il est nécessaire de déplacer le levier 19 de la position représentée sur la figure 7 dans la position montrée sur la figure 2. L'élément de commande 26 agit alors sur le butoir 59 en faisant revenir l'élément de commande 14, les contacts 5, le système de contact courtcircuiteur 9, le disque 16 et le contact auxiliaire 54, dans la position représentée sur la figure 2. le circuit d'alimentation de la bobine électromagnétique 51 s'établit et l'induit 52 est attiré vers le circuit magnétique 50.Sous l'action du ressort 48, l'élément de blocage 45 revient dans sa position initiale. le levier 39, actionné par l'intermédiaire du levier 45 et du tirant 31, entre en prise avec le butoir 49 de la manière représentée sur la figure 2. le disjoncteur est alors préparé pour l'enclenche- ment fonctionnel. Le disjoncteur, conforme à l'invention, permet de réduire l'usure de son système de contacts et de supprimer l'influence des courants de court-circuit sur le transformateur de puissance lors des déclenchements fonctionnels et lors des déclenchements ne néces- sitant pas d'action rapide, par exemple, en cas de surcharge ou de fuites de courant. La réduction de la course des contacts reliés au mécanisme d'entralnement rapide permet d'élever la rapidité d'action du disjoncteur. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVEDICATIONS 1. Disjoncteur comportant un système de contacts constitué par deux groupes de contacts propres à venir en contact électrique, dont le premier est monté de manière à pouvoir effectuer des déplacements et relié mécaniquement au système de contact court-circuiteur et se trouve relié à un dispositif d'entraînement rapide, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif d'entraînement opératoire du premier groupe de contacts, tandis que le second groupe de contacts est monté de manière à pouvoir se déplacer et se trouve relié cinématiquement au susdit dispositif d' entraînement opératoire. 2. Disjoncteur selon la revendication I, caractérisé par le fait que le dispositif d'entraînement opératoire comprend un levier à élément de commande, un mécanisme de déclenchement libre à l'aide duquel l'élément de commande dudit levier puisse être cinématiquement relié au second groupe de contacts du système dc contacts, et un déclencheur électromagnétique, tandis que le dispositif d'entraînement rapide possède un contact auxiliaire monté dans le circuit électrique du susdit déclencheur électromagnétique de manière que, lorsque ledit dispositif d'entraînement rapide entre en action, le susdit contact auxiliaire s'ouvre et le déclencheur électromagnétique actionne le susdit mécanisme de déclenchement libre, en provoquant ainsi sa mise en action. 3. Disjoncteur conformément à la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif d'entraînement rapide comporte un élément de commande relié cinématiquement au mécanisme de déclenchement libre de manière que, lorsque le dispositif d'entraînement rapide entre en action, son élément de commande actionne conjointement avec le déclencheur électromagnétique le mécanisme de déclenchement libre, en provoquant ainsi sa mise en action.