Brevet FR2489038A1 — publié le 19820226

Z489O33 Disjoncteur à courant de défaut. La présente invention concerne un disjoncteur à courant de défaut constitué par un mécanisme de contact, une serrure de maintien avec un organe de libération et un organe de manoeuvre, un transformateur à addition de courants, un mon- tage électronique à accumulation d'énergie et un déclencheur par courant de défaut avec aimant permanent dans un boîtier en matériau isolant avec des bornes de raccordement pour les conducteurs de l'installation. Conformément à l'inven- tion le transformateur à addition de courant est constitué par un noyau en un matériau hautement perméable dont l'in- duction rémanente est inférieure à 40% de l'induction de saturation (mesurée à l'état statique) et un enroulement secondaire qui présente un nombre de spires supérieur à 100 et qui est relié au déclencheur par courant de défaut de la serrure de maintien par l'intermédiaire d'un montage élec- tronique à accumulation d'énergie indépendant de la tension du réseau. Le montage à accumulation d'énergie indépendant de la tension du réseau est constitué par un condensateur qui est chargé en fonction du courant de défaut par l'inter- médiaire de montages redresseurs depuis le transformateur à addition de courants et qui se décharge par impulsions à travers la bobine de déclenchement du déclencheur par cou- rant de défaut par l'intermédiaire d'un élément semi-conduc- teur non linéaire à commande par la tension lors de l'éta- blissement d'une tension de charge déterminée du condensa- teur. De ce fait le disjoncteur à courant de défaut déclenche. Par exemple le disjoncteur à courant de défaut est un disjonc- teur polarisé et comporte un entrefer dans le circuit d'ac- tionnement. Le montage redresseur est avantageusement cons- titué par un montage multiplicateur de tension. La protection contre les courants de défaut est utilisée depuis déjà des dizaines années et il est de ce fait diffi- cile à l'heure actuelle de compiler les expériences acquises, de les apprécier de façon critique et de trouver de nouvelles solutions techniques, sauf s'il existe une nécessité pour ce faire. Les trois schémas de principe possibles pour la construction de disjoncteurs de protection à courant de défaut ont déjà été indiqués depuis plus de vingt ans. Les disjoncteurs de protection à courant de défaut avec déclenchement par impulsions ou à accumulation d'énergie recommandés à cette époque selon une invention qui a orienté la technique (Brevet autrichien No 197.468), ont été construits en un grand nombre d'exemplaires en Autriche et se sont avérés très fiables. Ils ont également été brevetés et utilisés'dans d'autres pays (Brevet Français No 1.202.203, Brevet Grande- Bretagne N0 841.181). Comme organe de commutation dans le montage à accumulation d'énergie, on utilisait autrefois une lampe au néon, ce pourquoi cette solution était onéreuse (grand nombre de spires dans l'enroulement secondaire du transformateur à addition de courants) et elle exigeait trop de place. Malgré les avantages que présentait ce disjoncteur en ce qui concerne la fiabilité et le tracé de la courbe caractéristique et parce que l'énergie de déclenchement était notablement plus élevée qu'avec les commutations directes sans commutation par accumulation d'énergie électrique, la concurrence économique a conduit, avec la tendance à des prix toujours plus bas et des dimensions toujours plus réduites du disjoncteur à courant de défaut, à ce que le déclenchement par impulsions n'a plus été utilisé que pour des disjoncteurs spéciaux (par exemple les disjoncteurs de zéro). Dans cette lutte économique on a également avancé en ce temps des arguments inadéquats comme, par exemple, la néces- sité de délais de déclenchement extrêmement courts, ce qui naturellement conduit à des difficultés avec des commutations par accumulation. On sait aujourd'hui sur la base des résul- tats de l'électro-pathologie moderne que, pour la protection contre les contacts directs et indirects, le délai de déclen- chement du disjoncteur de protection n'a aucune signification particulière pour autant qu'il soit inférieur à 0,2s. Des délais de déclenchement trop courts et une aptitude au déclenchement inutilement élevée conduisent seulement à des déclenchements intempestifs par et pour des courants dérivés admissibles ou lors de la mise en circuit de câbles ou lors de l'apparition de surtensions atmosphériques. En particulier dans les réseaux aériens des dommages économiques sont engendrés par cette cause (congélateurs). Beaucoup plus importante est la sécurité de fonctionnement du disjoncteur et, sur ce point, l'évolution décrite ci-dessus a donné naissance à des résultats défavorables. Elle entraîne toujours des déclenchements intempestifs, ce pourquoi les problèmes de construction et l'influence de l'environnement peuvent être encore moins maitrisés. Les vérifications des installations montrent actuellement qu'un certain pourcentage des disjoncteurs de protection contre les courants de défauts installés ne sont pas en état de fonctionnement. Ceci est un état insoutenable qui donne lieu aux plus grosses préoccupa- tions. Une solution de ce problème grave conduit, d'une part, à l'amenée du neutre qui rend possible, conjointement avec les disjoncteurs à courant de défaut, une mesure de protection extrêmement bonne et éprouvée sous forme de la protection dite par disjoncteur de zéro, et, d'autre part, dans les *t489038 réseaux dans lesquels le neutre n'est pas accessible, à la mise en série de deux disjoncteurs à courant de défaut. Naturellement, dans ce cas, le disjoncteur placé en aval doit disjoncter sélectivement, ce qui veut dire que lors de l'appari- tion d'un défaut, seule l'installation protégée par celui-ci sera déconnectée et le disjoncteur placé en amont qui pro- tege, dans la distribution, plusieurs parties d'installation reste enclenché. Cette exigence peut être remplie d'une ma- nière simple avec la disjonction à accumulation d'énergie. Cette commutation évite aussi les déclenchements par défauts sous l'effet des surtensions atmosphériques mentionnés ci- dessus car elle permet l'installation de parafoudres après le disjoncteur de protection à courant de défaut. Du fait du délai de réponse des parafoudres le courant s'écoule en fait du réseau à la terre pendant un temps couit (moins de 10 ms) pour lequel un disjoncteur de protection avec déclenchement direct sans disjonction par accumulation d'énergie électri- que serait amené à déclencher. Il est maintenant de fait qu'avant peu seront aussi disponi- bles des éléments semi-conducteurs convenables qui pourront remplacer plus économiquement et avec des dimensions plus petites les lampes au néon comme éléments-de commutation. Avec des tensions de commutation qui se situent à dix volts, un plus petit nombre de spires du secondaire du transformateur à addition de courants et des caractéristiques de déclenche- ment du disjoncteur de protection presque quelconques devien- nent possibles. Pour-conserver aussi un petit condensateur, un déclencheur à aimant permanent peut avantageusement être utilisé comme déclencheur lequel peut être réglé de manière moins critiquede travailler avec des forces de déclenchement plus éle- vées que dans les commutations directes sans commutation par accumulation d'énergie électrique. Pour obtenir une forme favorable de la caractéristique de déclenchement-du disjonc- teur de protection à courant de défaut pour la protection de contact avec des dimensions du noyau du transformateur à ad- dition de courants économiques l'enroulement secondaire est e489C38 prévu, conformément à l'invention, avec un nombre de spires qui est supérieur à cent spires. L'enroulement de commande du déclencheur à aimant permanent doit être prévu avec un nombre de spires qui donne, pour le déclencheur à courant de défaut utilisé, la meilleure forme d'impulsion de déclenchement lors de la décharge du condensateur. Ceci est d'autant plus f a c i 1 e a v e c 1 e déclencheur à aimant permanent dit polarisé dont le circuit de commande comporte un entrefer. De cette façon l'enroulement de commande peut être réalisé sur une machine à bobiner et la fabrication être largement automatisée. La conception moderne d'un disjoncteur à courant de défaut doit cependant aussi assurer le déclenchement par les cou- rants continus pulsés. Il a toujours été connu que le dis- joncteur à courant de défaut ne peut fonctionner qu'avec un courant alternatif. Si le courant de défaut présente des composantes continues, le disjoncteur de protection sera alors défavorablement influencé en ce qui concerne son apti- tude au déclenchement. Comme de plus en plus d'éléments électroniques seront utilisés dans les appareils ménagers, le problème du courant continu doit de ce fait aussi être résolu à l'occasion de quoi il s'avère qu'avec les montages utilisés en pratique dans les appareils électroménagers, le courant de défaut qui s'écoule dans le cas d'un contact corporel ne peut toujours se présenter que sous la forme d'un courant continu pulsé. Au cours des dernières années, on a maintenant développé des matériaux magnétiques dans lesquels, en dépit d'une perméabi- lité relativement élevée, la différence entre l'induction résiduelle et l'induction de saturation est élevée. Cela signifie que mesurée- à l'état statique, l'induction résiduel- le représente moins de 40% de l'induction de saturation. Avec ce matériau il est possible, avec certes une sensibilité au déclencement plus faible, d'obtenir cependant un fonctionne- ment du disjoncteur de protection avec des courants de défaut Z489038 sous forme de courants continus pulsés. Parce qu'alors la tension induite dans l'enroulement secondaire, pour une valeur efficace identique du courant primaire, est plus petite qu'avec un courant alternatif sinusoldal,le déclen- chement à accumulation d'énergie peut apporter dans ce cas un meilleur comportement. au déclenchement. Avant tout les capacités énergétiques des impulsions de déclenchement qui sont données par la tension de commutation de l'élément semi-conducteur, restent identiques et de ce fait aussi la fiabilité du déclenchement. Ainsi la conception moderne conforme à l'invention d'un dis- joncteur de protection à courant de défaut aboutit à un dis- joncteur avec un montage électronique à accumulation d'éner- gie indépendamment de la tension du réseau dans le circuit de déclenchement, un transformateur à addition de courants avec un noyau magnétique à haute perméabilité avec une grande différence entre l'induction rémanente et l'induction de saturation et un déclencheur à aimant permanent qui, de préférence, est réalisé sous forme d'un déclencheur polarisé. La présente invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma électrique du circuit d'un disjoncteur à courant de défaut conforme à l'invention et la figure 2 est un schéma d'un autre exemple de réalisation du circuit. La figure 1 représente à titre d'exemple un mode de réalisa- tion de l'invention. Le mécanisme de contact 1 du disjoncteur de protection à courant de défaut est fermé ou ouvert par l'intermédiaire de la serrure de maintien 2 au moyen de l'organe de commande 3 ou du déclencheur par courant de défaut 8. L'enroulement d'excitation du déclencheur par cou- rant de défaut 8 est connecté avec le condensateur générateur d'impulsions 5 Dar l'intermédiaire d'un organe de commutation Z489038 7 à commande par 'la tension qui est constitué par un élément semiconducteur. Le condensateur générateur d'impulsions 5 est chargé par l'intermédiaire d'un montage redresseur 6 depuis l'enroulement secondaire d'un transformateur à addi- tion de courants 4 en fonction du niveau du courant de défaut qui s'écoule. Le noyau 9 du transformateur à addition de cou- rants est réalisé en un matériau magnétique hautement perméa- ble dont l'induction rémanente est inférieure à 40% de l'induction de saturation. La figure 2 représente, comme autre exemple de l'invention, un circuit de déclenchement dans lequel le condensateur d'impulsions 5 est chargé depuis l'enroulement secondaire du transformateur à addition de courants 4 par l'intermédiaire d'un circuit doubleur de tension. Comme déclencheur est uti- lisé un déclencheur polarisé qui comporte un entrefer entre les pièces polaires 10et la palette 11 de manière qu'avec la palette soulevée, l'enroulement 12 puisse être monté sur la pièce polaire à l'état bobiné isolé final. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur de protection à courant de défaut constitué par un mécanisme de contact (1), une serrure de maintien (2) avec un organe de libération et un organe de commande (3), un transformateur à addition de courants (4), un montage électro- nique à accumulation d'énergie et un déclencheur par courant de défaut avec un aimant permanent (8) dans un bottier en matériau isolant avec des bornes de raccordement, caractérisé en ce que le transformateur à addition de cou- rants comporte un noyau en un matériau magnétique hautement perméable dont l'induction rémanente est inférieure à 40% de l'induction de saturation (mesurée à l'état statique) et son enroulement secondaire, qui comporte un nombre de spires supérieur à cent,-est connecté au déclencheur par courant de défaut de la serrure de commutation par un montage à accumu- lation d'énergie électronique indépendant de la tension du réseau tandis que le montage à accumulation électronique indépendant de la tension du réseau est constitué par un condensateur (5) qui est chargé en fonction du courant de défaut depuis le transformateur à addition de courants (4) par l'intermédiaire d'un montage redresseur convenable (6), ce condensateur se déchargeant, lors de l'établissement d'une tension de charge convenable du condensateur, par l'intermé- diaire d'un élément semi-conducteur (7) commandé par tension, sous forme d'impulsions dans la bobine de déclenchement du déclencheur par courants de défaut (8), ce par quoi le disjorc- teur à courant de défaut déclenche. 2. Un disjoncteur de protection à courant de défaut selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déclencheur à courant de défaut (8) est réalisé sous forme d'un déclencheur polarisé et comporte un entrefer dans son circuit de commande. 3. Un disjoncteur de protection à courant de défaut selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, q489038 -9 caractérisé en ce que le montage redresseur (6) est consti- tué par un montage multiplicateur de tension.