Brevet FR2445011A1 — publié le 19800718

La présente invention concerne un dispositif électro-magnétique perfectionné sensible aux courants forts. Les techniques, et spécialement, les techniques de traction, font appel i des courants, alternatifs ou continus (redressés), dont l'intensité est de plus en plus élevée et peut atteindre notamment plusieurs milliers d'ampères. I1 est nécessaire, pour déceler les valeurs anormales de ces courants, de les détecter et de les contrôler par des dispositifs de sécurité notamment des dispositifs électromagnétiques, soit en cas d'amorçage d'un court-circuit interne ou par rapport à la terre, soit en cas de déséquilibre de deux portions de circuit normalement équilibrées. Les dispositifs électromagnétiques utilisés à cette fin sont du type relais ou contacteur, c'est-à-dire comportent un circuit magnétique fermé constitué par une culasse fixe et une armature mobile soumise aux efforts antagonistes de l'attraction de la culasse et d'une force de rappel qui peut être fournie par un ressort ou, de manière connue, par les pièces polaires d'un aimant permanent, dont l'attraction agit sur ladite armature. En raison de l'intensité des courants mis en jeu, ceux-ci traversent des conducteurs de grande section, usuellement des barres de section rectangulaire, et l'excitation du circuit magnétique est assurée par un nombre extremement réduit de spires et le plus souvent par la portion de spire unique, que constitue une barre conductrice traversant ledit circuit magnétique, barre dans laquelle passe, soit la totalité, soit une fraction déterminée, du courant à détecter ou à contrsler. Les dimensions de ce détecteur (sections du circuit magnétique et du ou des conducteurs qui le traversent) sont évidemment choisies en fonction de la valeur maximale de l'intensité de ce courant. En cas d'amorçage d'un arc avec mise à la terre, ou d'un court-circuit interne, ou encore d'un déséquilibre important, la croissance du courant est très rapide et elle atteint quelques milliers d'ampères par milliseconde. Il importe donc que le dispositif de détection, d'une part soit capable de supporter sans détérioration ou déréglage de très fortes surcharges et, d'autre part, qu'il ait une action très rapide de façon à agir avant que l'intensité ait atteint sa valeur maximale. On sait qu'une rapidité maximale des dispositifs électroma gnétiquespeut être obtenue en utilisant, comme moyen de rappel de l'armature, un agencement d'aimant permanent, le temps de ri ponse pouvant alors être réduit de moitié et même au tiers, de celui que demandent les dispositifs de rappel à ressort. Cependant le circuit magnétique d'un tel dispositif de dé tection, en raison de l'intensité des courants mis en jeu et di nombre très réduit des spires qui l'excitent, se trouve influe cé non seulement par le champ magnétique créé par les portions de conducteurs qui le traversent, mais également par des champs parasites, c'est-à-dire extérieurs à ce circuit, eux-mêmes in fluencés par l'environnement magnétique ou électro-magnétique ce circuit. Ainsi ce dernier subit l'influence des amenées et des départs, de courant aboutissant gux portions de conducteur celles des elemns ferro-magnétiques agissant sur ledit circuit magnétiquechassis, supports, cosf ou bottiers qui l'entourent ou l'enferment.De tels champs parasites atteignent (en raison des intensités mises en jeu) de valeurs considérables et ils sont aléatoires en direction et intensité. Ils entratnent ainsi des dispersions considérables dans les valeurs de fonctionnement du dispositif electro-magné tique de détection, ce qui empoche son étalonnage, spécialemen lorsque, en courant continu, ce dispositif doit réagir sur des valeurs symétriques, en sens direct et en sens inverse, de l'i tensité du courant ou sur la différence de deux courants norma ment égaux. Lorsque le rappel de l'armature est assuré par ressort, l'expérience confirme que l'influence des champs parasites est moindre que lorsque le rappel est exercé par des aimants perma nents (comme décrit par exemple dans le brevet français n' 77 20 394) mais la perte de la rapidité de réponse est alors u inconvénient plus grave encore. L'invention remédie à ces inconvénients; elle permet de soustraire, en pratique complètement un détecteur électrom gnétique de courants forts, aux influences des champs magnétiq parasites et, en conséquence, autorise l'utilisation de dispos tifs de rappel à aimant permanent procurant la rapidité de rép se maximale. Dans un dispositif -électromagnétique sensible aux courant forts comprenant un circuit magnétique formé d'une culasse pla et d'une armature mobile, circuit excité par au moins un condu teur de très forte section entrant et sortant perpendiculairem au circuit, selon l'invention, ledit conducteur traverse, tant à l'entrée qu'à la sortie, un écran en matière ferromagnétique très perméable pour les valeurs élevées du champ magnétique mais non saturable par celui-ci dans les conditions d'utilisation du dispositif. La saturation est évitée par le choix du métal, par exemple du fer doux, moins facilement saturable que certains métaux ou alliages spéciaux à très haute perméabilité, et par le choix de l'épaisseur desdits écrans. De façon surprenante, on constate qu'il n'est pas nécessaire que ces écrans enveloppent, m & e partiellement, le circuit magnétique en ayant, par exemple des bords repliés les uns vers les autres, mais que des écrans plats, parallèles aux faces du circuit magnétique, apportent le résultat désiré. I1 suffit que ces écrans plats débordent sur tout leur pourtour le profil du circuit magnétique avec son organe de rappel. On peut expliquer ce résultat par le fait, d'une part que les crans captent les champs parasites de part et d'autre du dispositif détecteur et,d'autre part, que le circuit magnétique lui-mSte constitue son propre blindage dans la zone de volume réduit comprise entre les deux écrans. Le dessin annexé montre cousent l'invention peut etre mise en oeuvre. - La figure 1 montre un dispositif selon l'invention comportant un seul conducteur. - La figure 2 montre un dispositif analogue à fonctionnement différentiel. - Les figures 3 et 4 montrent des diagrammes de fonctionnement d'un dispositif différentiel respectivement sans écran et avec écran. Sur la figure 1 le courant, dont l'intensité est à détecter, passe dans la barre 1 recouverte d'une gaine isolante 2. Cette barre traverse le circuit magnétique constitué par la culasse en U 3 et l'armature mobile 4. Cette armature, pivotant sur l'arête 5 de la culasse est soumise à l'aimant de rappel 6 agissant à l'encontre de l'attraction de la culasse. Ainsi l'ex trinité libre 4a de l'armature peut coopérer tour à tour avec le contact de repos 7 et le contact de travail 8 portés par la branche de culasse opposée à l'aimant de rappel par l'intermé- diaire de cales isolantes 9 et 10. Pour soustraire ce détecteur à l'influence des champs parasites, de part et d'autre de celui-ci sont disposés les écrans plans ferromagnétiques Il et 12 que traverse la barre 1, 2 dans les ouvertures 13 juste suffisantes pour laisser passer cette bar re isolée avec un faible jeu. Les écrans plans 11 et 12 sont d-é- tendue telle que, de profil, ils couvrent et débordent le détec- teur y compris ses contacts et l'organe de rappel. L'épaisseur des écrans est choisie pour que leur matière constitutive n'atteigne pas la saturation au moins dans le domaine d'utilisation; ce résultat peut être contrez expérimentalement par le choix de l'épaisseur minimale d'écrans assurant le résultat cherché.Les écrans peuvent être massifs ou formés de tales empilées, ce qui facilite l'ajustage de leur épaisseur. Dans le dispositif différentiel montré par la figure 2,un détecteur électromagnétique analogue à celui que représente la figure 1 est traversé par les deux barres 14 et 15 qui sont parcourues en sens opposés par des courants continus et séparées par l'isolant 16. Le dispositif électromagnétique doit fonctionner lorsque ces courants cessent d'être égaux. Un certain courant 1b étant envoyé, par exemple, avec le sens F1, dans la barre 14 (ce qui ferme le contact de travail 8), on envoie dans la barre 15, dans le sens F2, un courant croissant Pour une valeur Ao du courant, le contact 8 s'ouvre et le contact 7 se ferme. Si on augmente encore l'intensité, le contact 8 se referme pour une valeur Bo de l'intensité. On reporte alors sur le graphique les valeurs différentielles a = Io - Ao et b 1o - Bo.En opérant de même pour des valeurs croissantes I1 12 o du courant dans la barre 14, on obtient des points a1, b1; a2, b2 ctest-à-dire les courbes de fonctionnement différentiel i15 et i'15. Si, inversement, on maintient fixe le courant (avec le sens P.2) dans la barre 15 en le faisant varier dans la barre 14 on obtient de même les courbes i14 et i'14. Autrement dit,non seulement la différence entre les courants entraînant le fonctionnemen du détecteur n'est pas constante mais l'écart d entre les courbes telles il4 et i15 tend à crottrewde sorte que des risques d'instabilité (enclenchement et déclenchement confondus) peuvent être à craindre dans la zone Z. Lorsque les écrans Il et 12 sont en place1 on constate que les courbes i14, i15, i 14 i 15 (figure 4) deviennent, dans la même zone d'utilisation du détecteur, pratiquement parallèles à l'axe des abscisses (intensités croissantes) ce qui montre que seuls interviennent, dans le comportement du circuit magnétique, les ampères-tours qui le traversent. L'invention s'applique aux dispositifs de protection et de s curité d'installations électriques mettant en jeu de très fortes intensités de courant, et spécialement dans les installations de traction électrique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif électro-magnétique sensible aux courants fo comprenant un circuit magnétique formé d'une culasse plate et d'une armature mobile, soumise en sens opposés à l'attraction d la culasse et à une force de rappel, circuit excité par au moin un conducteur de très forte section entrant et sortant perpendi culairement au circuit, caractérisé par le fait que ledit conducteur traverse tant à l'entrée qu'à la sortie, un écran en me tière ferro-magnétique très perméable pour les valeurs élevées champ magnétique mais non saturable dans les conditions d'utill tion du dispositif. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par fait que le conducteur rectiligne traverse directement les écré et le circuit. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par fait que les écrans sont des plaques planes dont le contour dé) de le profil du détecteur. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par fait que la force de rappel est fournie par un agencement compi nant au moins un aimant permanent. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par fait que l'épaisseur des écrans est adaptée aux intensités max: les d'utilisation pour éviter leur saturation magnétique. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que deux barres rectilignes isolées en elles et parcourues par des courants de sens opposés traversen les écrans et le détecteur pour assurer un fonctionnement diff rentiel de celui-ci.