Brevet FR2432211A1 — publié le 19800222

la présente invention concerne les déolencheurs de disjoncteurs destinés plus particulièrement à la protection, coté basse tension, des transformateurs polyphasés de distribution électrique, en particulier ceux utilisés sur les réseaux ruraux. Ces disjoncteurs comportent un ensemble de contacts mobiles dont l'ouverture, provoquant la coupure du circuit, est commandée par le fonctionnement d'un déolenoheur agissant en fonction de l'intensité traversant le circuit et suivant une loi prédéterminée. Dans les disjoncteurs connus pour cette utilisation, les déclen cheurs sur surintensités ou sur défaut, ont été réalisés jusqu'à présent au moyen de trois solutions Déclenchement magnétique associé ou non à une sonde thermique, Déclenchement magnéto-thermique, Déclenchement thermique. Compte tenu de l'ezpérience d'exploitation des réseaux, seule la troisième solution s1 est maintenue. Cette troisième solution a été réalisée en utilisant soit des bilames, soit des résistances supportant la totalité ou une fraction dérivée du courant à controler. Généralement, toutes les solutions étaient basées sur le mme principe consistant à utiliser unitairement, sur chaque phase, les conséquences du défaut qui provoquait, soit la déflexion d'une bilame, soit l'échauffement d'une résistance0 D'autre part, dans certains cas, et en particulier dans la réalisation de déclencheurs reproduisant une image thermique du transformateur, brevet N0 73 01823, des dispositifs à bilames ont permis d'utiliser le transformateur d'une façon plus rationnelle en tenant compte en particulier de sa possibilité de surcharge sur une phase, quand la ou les autres phases sont sous une charge inférieure à la normale. Cette solution de wcouplage" entre les phases a également été utilisée dans la réalisation de déclencheurs électroniques qui visaient à réaliser une image thermique du transformateur. Dans les 2 cas, le fonctionnement du dédlencheur était provoqué juste avant que l'un des points chauds de l'un quelconque des bobinages du transformateur n'atteigne une température critique et ce, quelle que soit la charge du transformateur et la température de son en vironnement. Ces deux dernières solutions présentaient cependant un certain nombre d'inconvénients que la présente invention vise à éliminer. Les deux types de déolencheur à image thermique que nous venons d'énumérer présentent le mOme inconvénient de cat pour obtenir une véritable image thermique, et Si le déclencheur à bilames et moins onéreux que le déclencheur électronique, il provoque par contre, un échauffement considérablement supérieur qui l'exclue dans certaines utilisations. Le problème d'exploitation d'un réseau électrique étant plus un problème de déséquilibre entre les phases, provoquant donc une mauvaise utilisation des transformateurs, qu'un problème d'image thermique parfaite qui n'apporte que quelques pour cent d'amélioration, la présente invention consiste en un déclencheur économique permettant d'utiliser au maximum les transforiuateurs dans la majorité des cas où la charge est déséquilibrée, sans pour cela entrainer d'échauffement appréciable au niveau du disjoncteur. Le déclencheur suivant l'invention, doit donc répondre à un certain nombre d'impératifs - Protéger efficacement le transformateur en éliminant ladharge dès que celle-ci devient dangereuse pour le transformateur, - utiliser les possibilités de surcharge du transformateur quand la charge n'est pas équilibrée, - ne pas provoquer d'échauffement sensible au niveau du disjonc- teur, - être économique. Pour obtenir ces résultats, le déclencheur selon l'invention se compose essentiellement sur chaque phase, d'un transformateur d'intensité alimentant une résistance sous une très faible intensité, ce qui permet donc d'obtenir un fonctionnement proportionnel à I2 des dites résistances avec très peu d'échauffement. Pour les faibles surcharges, on utilise ces résistances au point de vue thermique en leur adjoignant un élément sensible thermiquement. Pour les moyennes et fortes surchaeges, on utilise uniquement la tension apparaissant à leurs bornes sous l'influence de la surintensité. Ce fonctionnement en monophasé est complété, en faibles surcharges, par un fonctionnement en triphasé, en utilisant un groupement particulier des résistances et de l'élément thermiquement sensible, de façon à retrouver dans le déclencheur une analogie thermique comparable à celle du transformateur. Les quatre impératifs visés par l'invention sont donc bien ob tenus et celle-ci sera mieux définie par la description d'un mode de réalisation qui illustre, à tire d'exemple non limitatif, un déclencheur répondant aux critères de l'invention. Dans la figure 1, tel qu'il est représenté, le déclencheur comporte sur un socle isolant (1), 3 transformateurs d'intensité (2), (3), (4) disposés chacun respectivement autour des conducteurs de phase (5), (6), (7). Chacun des transformateurs d'intensité alimente sa résistance qui est donc traversée par un faible courant proportionnel à celui traversant la phase considérée. Ces 3 résistances (8), (9), (10), sont placées en contact thermique avec un seul élément thermo-sensible (11) suivant un positionnement fonction du résultat recherché. Ce contact thermique est matérialisé schématiquement dans la figure 1 par le pointillé (12). Six diodes (13), (14), (is), (16), (17), (18) assurent un courant à redressement double alternance qui charge le condensateur tampon (19). * La tension obtenue aux bornes du condensateur (19) est appli quSe à un commutateur à un seuil de tension (25) par le pont diviseur à résistance (20) et (21) qui charge la capacité de dé- clenchement (24). Le seuil de tension de déclenchement du dispositif (25) est obtenu & partir de la tension de référence de la diode Zener (29) alimetée par la résistance (28) et filtrée par le condensateur (30) par un diviseur constitué d'une résistance fixe (27) et par l'élé- ment sensible à la température à coefficient de température positif (11). Cet élément est une résistance électrique non linéaire dont la valeur passe rapidement d'une valeur faible (1500 h par exemple) à une valeur très élevée (-30 Es; par exemple) lorsque sa températu- re atteint une valeur de basculement. Lorsqu'il s'agit d'une surcharge de faible valeur dans les conducteurs de phase, on peut considérer que la tempSrature atteinte par l'élément (il) associé aux trois résistances (8), (9), (10) est fonction de la somme des carrés des courants traversant les conducteurs de phase. Dans ce cas, la tension aux bornes du commutateur à seuil obtenue par le diviseur (20) (21) est par exemple de l'ordre des 2/3 de la tension de référence de la diode Zener (29). Si la surcharge persiste, l'ensemble thermique constitué par l'élément (11) et les résistances (8), (9), (10), s'échauffe progressivement jusqu'à la température de basculement de ltélément (11); à cet instant la ré sistance de (11) augmentant très fortement la tension de référence du commutateur-à seuil obtenue aux bornes de (11) et de la résistance (27); diminue et devient inférieure à la tension aux bornes du condensateur (24), ce qui provoque la conductibilité du commutateur à seuil (25) et la décharge du condensateur (24) dans la bobine (26) du déclencheur qui, par des moyens classiques assure le fonctionnement du déclencheur et donc la coupure des 3 phases. S'il s'agit d'une surcharge supérieure à environ 3 fois le courant nominal, il n'y a plus intérêt à fonctionner suivant une loi, fonction de la somme des carrés des courants traversant les con docteurs de phases, mais au contraire interêt à déclencher rapidement pour éviter de distribuer l'électricité sous une tension trop faible. Dans ce cas, la tension aux bornes de la capacité (24) obtenue par le diviseur (20) (21) dépasse rapidement la tension de la diode Zener (29) ce qui conduit à la-conductibilité du commutateur à seuil (25) et donc la décharge de la capacité (24) dans la bobine (26), quelle que soit la résistance et la température atteinte par l'élément sensible (11) Ce déclenchement s'effectue en quelques secondes, constante de temps du condensateur (24) et du diviseur (20) (21). Lors de courants de court-circuit, la charge de la capacité (24) par le diviseur (20) (21) peut être trop longue pour une bonne tenue du transformateur à protéger. Dans ce cas, la tension aux bornes du condensateur réservoir (19) est relativement très élevée par rapport à celle aux bornes du condensateur (24); la diode Zener 23) calibrée suivant le r4-sultat à obtenir devient conductrice, et un courant de charge rapide limité par la résistance (22) de faible valeur, permet d'accélérer la charge de la capacité (24), ce qui conduit rapidement à la conductibilité du commutateur à seuil (25) dans un temps inférieur à 1 seconde dans le montage réalisé, et à l'alimentation de la bobine (26). Dans la figure 2 est décrite une réalisation du couplage thermique des résistances (8), (9), (10) et de l'élément sensible (11). Un bloc métallique cylindrique (31) est percé de 4 trous parallèles. Le premier au centre, contient la résistance (11) à seuil de basculement, à égale distance de ce trou, 3 autres trous servent de logement aux trois résistances chauffantes (8), (9), (10). Une isolation éventuelle (32) ainsi que la masse du bloc métallique judicieusement choisies, permettent de réaliser un fonctionnement suivant une constante de temps se rapprochant le plus de celle du transformateur à protéger, la loi de déclenchement pour les surcharges faibles, étant toujours fonction de la somme des carrés des courants traversant les conducteurs de phase. Suivant la description on constate que la protection du transformateur est bien assurée dans tous les cas dtutilisation et en particulier quaad les charges sont déséquilibrées. Sur les courants faibles, par l'utilisation de trois résistances groupées, en relation thermique avec un seul élément résistant thermo-sensible. Cette solution permet donc d'obtenir un déclenchement correct mEme avec des courants déséquilibrés puisque l'été ment résistant thermo-sensible est affecté par la somme des carrés des courants traversant les conducteurs de phase. Sur les courants moyens, par la charge rapide d'un condensateur de déclenchement, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension, à une tension supérieure à la tension de référence obtenue par une diode Zener. Sur les courants forts, par 1'accelération de la charge du con- densateur de déclenchement, par une diode Zener en série avec une résistance faible, ensemble qui shunte le diviseur, et dont la diode devient conductrice du fait de l'augmentation de tension provoquée par l'augmentation du courant dans les conducteurs de phase. Le but de l'invention est donc bien obtenu, à savoir, un déclencheur de disjoncteur à très faible consommation assurant une protection totale du transformateur, tout en iermettant son utilisation optimum mEme en cas de courants de phases déséquilibrés. REVENDICATIONS 1 - Déclencheur pour disJoncteur de protection de transformateur triphasé de distribution électrique dont le fonctionnement sur les faibles surcharges est sensiblement fonction de la somme des carrés des courant traversant les conducteurs de phase, caractérisé par le fait qutil comporte, trois transformateurs de courant soumis à ces courants de phase et alimentant chacun une résistance chauffante; le groupement thermique des trois résistances commandant la varia- tion d'une résistance thermo-sensible qui provoque, température prédéterminée atteinte, la décharge d'un condensateur au travers d'une isi bobine de déclenchement. 2 - Dreclencheur suivant revendication I, caractérisé en ce que le groupement thermique des 3 résistances est réalisé par une masse métallique contenant les 3 résistances chauffantes et la résietan- ce thermo-sensible. Cette masse métallique pouvant être plus ou moins isolée thermiquement par rapport à l'eztérieur. 3 - Déclencheur suivant revendication i et 2, caractérisé en ce que le fonctionnement sous des surintensités plus importantes est assuré non plus par l'utilisation de phénomène thermique, nais par la charge du condensateur obtenue par un diviseur de tension comparé à une diode Zener de référence puis par la charge d'un condensateur par une diode Zener et une résistance en série, ensemble Bhun- tant alors le diviseur de tension. 4 - Déclencheur suivant reveiidication t, 2 et 3 caractérisé en ce que le nombre de phases peut outre différent de trois.