Brevet FR2499762A1 — publié le 19820813

DISJONCTEUR ELECTRIQUE MULTIPOLAIRE A DISPOSITIF DE LIMITA- TION DE COURANT PERFECTIONNE. L'invention concerne un disjoncteur limiteur multipolaire à basse tension et à mécanisme de manoeuvre à genouillère co- opérant avec une manette d'actionnement manuel et avec un bloc déclencheur automatique à seuil de déclenchement ré- glable, chaque pôle comportant: - une chambre d'extinction de l'arc tiré entre des contacts fixes et mobiles lors de leur séparation, - des plages d'amenée de courant vers lesdits contacts, - une pluralité de bras de contact mobiles s'étendant trans- versalement dans des plans parallèles, chaque bras étant à ouverture rapide par effet d'autorépulsion électrodynamique sous l'action d'une augmentation brusque du courant, ladite ouverture rapide intervenant avant l'ouverture mécanique définitive du pôle à la suite du déverrouillage du mécanisme piloté par le déclencheur automatique, - des moyens élastiques sollicitant les bras en position de -.fermeture pour engendrer une pression de contact jusqu'à un seuil prédéterminé, - et un organe ralentisseur coopérant en fin de course d'ou- verture avec lesdits bras de contact pour assurer lors de la phase d'autorépuision une durée d'ouverture supérieure au temps de réponse du bloc déclencheur. Un organe ralentisseur du genre mentionné est décrit dans le brevet français NO 2.351.483 de la demanderesse, dans lequel chaque pôle comporte une masselotte propre de masse prédéterminée, reliée mécaniquement au contact mobile par une liaison mécanique à course morte, et susceptible d'ef- fectuer un mouvement limité par rapport à ce dernier. Un premier ressort de polarisation est associé à la liaison mécanique, et un deuxième ressort de pression de contact sollicite le contact mobile en position de fermeture. Le déplacement rapide vers la position d'ouverture du contact mobile s'effectue par l'intermédiaire d'un circuit magné- tique auxiliaire à entrefer de faible épaisseur entourant f499762 au moins un conducteur parcouru par le courant. L'application d'un tel organe ralentisseur à un disjoncteur limiteur de forts calibres, par exemples 1000 A comprenant par pôle une pluralité de contacts mobiles à ouverture rapide sur autoré- pulsion électrodynamique poserait des problèmes de fonction- nement et d'encombrement à l'intérieur du bottier isolant du disjoncteur. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de réaliser un disjoncteur limiteur de forts calibres équipé d'un organe ralentisseur à inertie simple et fiable. Le disjoncteur limiteur selon l'invention est caractérisé par le fait que l'organe ralentisseur comporte une masselotte for- mée par un premier bras de contact, associé par une liaison mécanique à course morte à un deuxième bras de contact juxta- posé coopérant en position d'ouverture avec une butée d'ar- rêt agencée pour limiter le débattement du deuxième bras au- delà de la position d'ouverture et pour autoriser le déplace- -ment poursuivi du premier bras juxtaposé jusqu'au rattrapage de la course morte de la liaison mécanique, l'inertie du pre- mier bras compensant ensuite le choc dû à la venue en engage- ment du deuxième bras et de la butée, de manière à empêcher la refermeture immédiate des bras de contacts avant l'inter- vention du bloc déclencheur. En fin de course d'ouverture, on utilise avantageusement l'inertie d'au moins un br*as de contact mobile pour consti- tuer la masselotte de l'organe ralentisseur. Selon une caractéristique de l'invention, ladite liaison mé- canique comporte un organe d'entraînement solidaire du deu- xième bras de contact associé à la butée, et coopérant à jeu avec le premier bras masselotte juxtaposé susceptible d'ef- fectuer un mouvement limité durant ladite course morte. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe d'entraInement de la liaison mécanique comprend un axe d'ar- rêt fixé au deuxième bras de contact et s'étendant selon une direction transversale en traversant une ouverture ménagée dans le premier bras de contact juxtaposé, le diamètre de l'ou- verture étant supérieur à celui de l'axe pour déterminer ladite course morte. L'axe d'arrêt est assujetti perpendi- culairement au deuxième bras de contact intermédiaire,intercalé entre le premier et un troisième bras de contact de structures identiques. . D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé oui va suivre d'un mode de mise en oeuvre donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un disjoncteur limiteur équipé d'un organe ralentisseur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la fig. 1. Sur les figures 1 et 2, un disjoncteur limiteur multipolaire basse tension pour calibres élevés, par exemple de l'ordrc - de 1000 Ampères, est composé d'un bloc disjoncteur 10 stan- dard à bottier isolant moulé 11, superposé à un bloc limi- teur 12 inférieur à bottier isolant moulé 13 de même encom- brement de base. En position assemblée des bottiers 11, 13, par exemple par des vis de fixation, le fond 14 intermé- diaire ouvert constitue une paroi de séparation entre les deux blocs 11, 13 et présente des orifices 15 de passage de conducteurs de connexion. Le bloc disjoncteur 10, d'un type bien connu, comporte par pôle des contacts fixes 16 agencés au voisinage du fond 14 et coopérant en position de fermeture avec des contacts mobiles 18 correspondants portés par une pluralité de doigts pivotants logés dans une cage 21. Une chambre de coupure 19 est ménagée dans chaque pôle et comprend un empilage de séparateurs métalliques d'extinction de l'arc tiré entre les contacts 16, 18 lors de leur séparation. Un mécanisme de manoeuvre 22 à genouillère 24 et à ressort 23 accumula- teur d'énergie est agencé dans la zone centrale du bottier 11 et commande la fermeture et l'ouverture des doigts de contacts 20, soit par l'actionnement manuel d'une manette 26 extérieure, soit par l'interaction d'un bloc-déclencheur 28 provoquant le déverrouillage automatique du Lrochet de déclenchement 29 associé au mécanisme 22 et entraînant l'ouverture du disjoncteur en cas de défaut. Lc bloc déclencheur 28 à seuil de déclenchement réglable du type magnétother- mique ou électronique cst sensible aux courants de surcharge ou de court-circuit et est disposé longitudinalement à l'op- posé de la chambre de coupure 19 par rapport au mécanisme 22. Un barreau de commutation 30 commun à tous les pôles s'étend dans la direction transversale du boitier Il et co- opère avec le mécanisme de manoeuvre 22 pour l'actionnement simultané des différentes cages 21 juxtaposées lors de la commande manuelle ou automatique. Une tresse de liaison 32 relie électriquement la partie arrière de chaque doigt de contact 20 à une plage 34 conductrice traversant le bloc déclencheur 28. Il est inutile de décrire en détail la structure et le fonctionnement d'un tel bloc disjoncteur 10 - bien connu des spécialistes. Le bloc limiteur 12 accolé au fond intermédiaire 14 comprend par pôle trois bras de contact 36a, 36b, 36c juxtaposés, chaque doigt 36 présentant une forme allongée s'étendant dans la direction longitudinale du bottier 13 et parallèle- ment aux doigts de contact 20 du bloc disjoncteur 10 supé- rieur. L'une des extrémités de chaque bras 36a, 36b, 36c porte un contact mobile 37 coopérant en position de ferme- ture avec un contact fixe 38 agencé sur un conducteur 40 fixe plaqué sur le fond 41 du bottier 13. L'extrémité oppo- sée du bras 36a, 36b, 36c est articulée sur un axe 42 de pivotement orienté selon la direction transversale du bar- reau 30, et logé dans le boltier 13 entre le conducteur 40 et la partie inférieure du bloc déclencheur 26. Le conduc- teur 40 se prolonge au-delà du contact fixe-38 en direction d'une corne d'extrémité 43 faisant partie d'une chambre d'extinction d'arc 44 à tôles de désionisation 46 ménagées sous la chambre de coupure 19 du bloc disjoncteur 10. L'ex- trémité opposée du conducteur allongé 40 traverse l'orifice du fond 14 et est assujettie à la plage 34 de traversée du bloc déclencheur 28. En position fermée des contacts 37, 38 du bloc limiteur 12, chaque bras de contact 36a, 36b,36c s'étend parallèlement et à faible distance du conducteur 40 pour former une importante boucle de courant soumise à des efforts de répulsion électrodynamique lors de l'apparition d'un courant de court-circuit. Un ressort de compression 58 disposé à l'opposé de la chambre 44 sollicite chaque bras 36a, 36b, 36c en position de fermeture des contacts 37, 38. La ligne d'action du ressort 58 est sensiblement perpendicu- laire à la direction transversale de l'axe de pivotement 42, et la force de rappel du ressort 58 s'exerce sur l'extrémité du bras 36 à l'opposé du contact mobile 37. Une tresse de liaison 52 relie électriquement chaque bras de contact 36a, 36b, 36c mobile à une première plage de con- nexion 50 par l'intermédiaire d'un conducteur 54 perpendicu- laire, qui passe dans une lumière ménagée dans le fond 41. 20.Le conducteur 54 est traversé longitudinalement par le con- ducteur inférieur 40. La deuxième plage de connexion 48 est solidaire d'un conducteur 51 de liaison en forme de C passant derrière les tôles de désionisation 46 de la chambre d'ex- tinction d'arc 44 pour provoquer l'attraction de l'arc tiré entre les contacts 37, 38. A l'opposé de la plage 48, le con- ducteur 51 de liaison traverse une ouverture 15 du fond 14 intermédiaire et se raccorde au contact fixe 16 du pôle cor- respondant du bloc disjoncteur 10. On remarque que les deux plages de connexion 48, 50 de chaque pôle du disjoncteur limi- teur sont agencées sous le fond 41 de base du bloc limiteur 12, de manière à éviter des amenées de courant par les faces latérales des bçitiers 11. Chaque pôle du bloc limiteur 12 est équipé d'un dispositif ralentisseur par inertie devenant actif en fin de course d'ouverture des bras de contacts 36a, 36b, 36c pour freiner leur retombée vers la position de fermeture en entravant la re7fermeture des contacts 37, 38 avant le déclenchement du bloc disjoncteur 10. Le bras de contact 36b central est doté à cet effet d'un axe 60 d'arrêt maintenu dans un trou 61 circulaire par deux rondelles 62, 64 de retenue pre- nant appui sur les faces opposées dudit bras 36b. L'axe 60 d'arrêt s'étend parallèlement à l'axe de pivotement 42 se- lon la direction transversale du boltier 13, et s'engage par ses extrémités opposées dans deux ouvertures 46, 68 circu- laires ménagées respectivement dans les deux autres bras latéraux 36a, 36c juxtaposés disposés de part et d'autre du bras de contact central 36 b. Chaque ouverture 66, 68 pré- sente un diamètre supérieur à celui de l'axe d'arrêt 60. La longueur de ce dernier est d'autre part Inférieur à la lar- geur d'un pôle. Une protubérance 70 faisant saillie du fond intermédiaire 14 sert d'amortisseur au bras decontact 36b cen- tral lors de sa venue en fin de course d'ouverture. Le fonctionnement de chaque pôle du disjoncteur limiteur selon l'invention est le suivant En position fermée du disjoncteur limiteur, le courant dans -,chaque pôle entre par exemple par la plage de connexion 48, parcourt le conducteur de liaison 51 du blon limiteur 12, les contacts fermés 16, 18 du bloc disjoncteur 10, les doigts de contacts 20, la tresse 32 de raccordement de la plage 34, puis le conducteur 40, les contacts fermés 38, 37 et les bras de contact 36a, 36b, 36c du-bloc limiteur 12, les tresses 52, le conducteur 54 de traversée du fond 41, et sort par la plage de connexion 50. Le mécanisme de ma- noeuvre 22 du bloc disjoncteur se trouve verrouillé en posi- tion armée du ressort d'actionnement 23. En cas de courants de surcharge ou de court-circuit peu im- portants, le bloc limiteur 12 n'intervient pas et les con- tacts 37, 38 restent fermés grâce à l'action prépondérante des ressorts 58 de pression de contact vis-à-vis des fai- bles forces de répulsion électrodynamique s'exerçant entre les bras de contact 36 et le conducteur 40. Le défaut est détecté par le bloc déclencheur 28 qui pilote le déver- rouillage du crochet de déclenchement 29 du mécanisme 22, suivi de l'ouverture des contacts 16, 18 du bloc disjonc- teur 10, l'extinction de l'arc s'effectuant dans la chambre de coupure 19. Lors de l'apparition d'un courant de court-circuit important, le seuil de déclenchement électrodynamique du bloc limiteur 12 est dépassé, et les forces de répulsion électrodynamiques s'exerçant sur les bras de contact 36 pivotants l'emportent sur l'action des ressorts 58. Il en résulte une ouverture rapide des contacts 37, 38 engendrant une limitation du cou- rant avant l'intervention du mécani'me de manoeuvre 22 du bloc disjoncteur 10. La refermeture sur court-circuit des contacts 37, 38 du bloc limiteur 12 avant l'ouverture défi- nitive des contacts 16, 18 du bloc disjoncteur 10 est em- pêchée grâce à la réaction du dispositif ralentisseur à inertie rendu actif lors de la venue en butée du bras de contact central 36b (indiqué en traits mJxtes à la fig. 1) contre la protubérance 70 du fond intermédiaire 14. Le pi- votement stoppé du bras central 36b à la fin de la première -.phase d'ouverture n'entrave cependant pas le déplacement poursuivi des bras latéraux 36a, 36c durant une course morte d amorcée lors de la deuxième phase d'ouverture. Le rattrapage de la course morte d s'opère par la venue en engagement des ouvertures 66, 68 des doigts latéraux 36a, 36c (en traits discontinus, fig. 1) et de l'axe d'arrêt 60 du bras central 36b. La butée du bras central 36b contre la protubérance 70 engendre un choc ayant tendance à renvoyer ledit hras central 36b vers la position de fermeture. Crâce à la liaison mécanique à jeu de l'axe d'arrêt 60 dans les lumières 66, 68, on remarque que la retombée du bras cen- tral 36b est freinée puis inversée grâce à l'inertie des bras latéraux 36a, 36c jouant le rôle de masselottes de compensation. La disposition des ressorts 58 enqendre un couple faible sur les bras de contact 36a,36b, 36c au début de la course de retour vers la position de fermeture. La durée d'ouverture des bras de contacts 36a,36h,36c est supérieure au temps de réponse du bloc déclencheur 28, de manière à per- mettre l'élimination définitive du défaut par le bloc dis- joncteur 10 avant la refermeture du bloc limiteur 12. L'invention ne se limite pas au mode de mi-se en oeuvre dé- crit, mais elle s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques, notamment celle dans laquelle un nombre différent de bras de contacts 36a, 36b, 36c... serait utilisé dans le bloc limiteur 12, et celle dans laquelle la liaison mécanique à jeu du disposi- tif ralentisseur à inertie serait agencée différemment. Ce dernier a été décrit en référence à un bloc limiteur 12 modulaire associé à un bloc disjoncteur 10 indépendant à déclencheur automatique 28. mais il est bien entendu que le dispositif ralentisseur selon l'invention s'applique égale- ment pour tout autre disjonctcur limiteur dont les fonctions de limitation et-de disjonction sont combinées dans un même appareil. Revendications 1. Disjoncteur limiteur multipolaire à basse tension et à mécanisme de manoeuvre (22) à genouillère (24) coopérant avec une manette (26) d'actionnement manuel et avec un bloc déclencheur (28) automatique à seuil de déclenchement régla- ble, chaque pôle comportant: - une chambre d'extinction (19, 44) de l'arc tiré entre des contacts fixes (16, 38) et mobiles (18, 37) lors de leur séparation, - des plages (48, 50) d'amenée de courant vers lesdits con- tacts, - une pluralité de bras de contact (36a, 36b, 36c) mobiles s'étendant transversalement dans des plans parallèles, chaque bras étant à ouverture rapide par effet d'autorépul- sion électrodynamique sous l'action d'une augmentation brusque du co. urant, ladite ouverture rapide intervenant avant l'ouverture mécanique définitivc du pôle à la suite du déverrouillage du mécanisme (22) piloté par le déclen- -cheur (28) automatique, - des moyens élastiques (58) sollicitant les bras (36a, 36b, 36c) en position de fermeture pour engendrer une pres- sion de contact Jusqu'à un seuil prédéterminé, - et un organe ralentisseur coopérant en fin de course d'ouverture avec lesdits bras de contact (36a. 36b, 36c) pour assurer lors de la phase d'autorepulsion une durée d'ouverture supérieure au temps.de réponse du bloc déclen- cheur (28), caractérisé par le fait que l'organe ralentisseur comporte une masselotte formée par un premier bras de contact (36a, 36c), associé par une liaison mécanique (60, 66, 68) à course morte à un deuxième bras de contact (36b) juxtaposé coopérant en position d'ouverture avec une butée d'arrêt(70) agencée en amortisseur pour limiter le débattement du bras (36b) au-delà de la position d'ouverture et pour autoriser le déplacement poursuivi du premier bras (36a,36c) juxtaposé jusqu'au rattrapage de la course morte de la liaison mécanique, l'inertie du premier bras (36a, 36c) compensant ensuite je choc dû à la venue ]O en engagement du deuxième bras (36b) et de la butée (70), de manière à empêcher la refermeture immédiate des bras de contacts avant l'intervention du bloc déclencheur (28). 2. Disjoncteur limiteur multipolaire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite liaison mécanique com- porte un organe d'entraînement (60) solidaire du deuxième bras de contact (36b) associé à la butée (70), et coopérant à jeu avec le premier bras masselotte (36a,36c) juxtaposé susceptiblo d'effectuer un mouvement limité durant ladite course morte. 3. Disjoncteur limiteur multipolaire sclon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'organe d'entraInement de la liaison mécanique comprend un axe (60) d'arrêt fixé au deuxième bras de contact (36b), et s'étendant selon une direction transversale en traversant une ouverture (66, 68) ménagée dans l'autre bras de contact (36a, 36c) Juxtaposé, le dia- mètre de l;olverture (66, 68) étant supérieur à celui de l'axe (60) pour déterminer ladite course morte. -. 4. Disjoncteur limiteur multipolaire selon la revendication 3, dont le nombre de bras de contact mobiles est supérieur à deux, caractérisé par le fait que l'axe d'arrêt (60) est assujetti perpendiculairement au deuxième bras de contact (36b) intermédiaire, intercalé entre le premier (36a) et un troisième (36c) bras de contact à ouvertures (66, 68). 5. Disjoncteur limiteur multipolaire selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait que la butée (70) de limitation du débattement du deuxième bras de contact (36b) est formée par une protubérance du bottier isolant renfermant le disjoncteur. 6. Disjoncteur limiteur multipolaire selon l'une des reven- dications précédentes, comprenant un bloc (12) limiteur de courant à bottier moulé (13) renfermant lesdits bras de contact (36a, 36b, 36c) à ouverture rapide de contacts par autorépulsion électrodynamique et un bloc (10) disjoncteur -s-tandard à bottier moulé (11) renfermant le mécanisme de - 11 manoeuvre (22) à genouillère (24) et le déclencheur automa- tique (28), lesdits blocs étant connectés électriquement en série et accolés dos à dos, caractérisé par le fait que les plages d'amenée de courant (48, 50) du disjoncteur limiteur sont agencées extérieurement sous le fond (41) de base du bottier isolant (13) du bloc limiteur (12), à l'opposé de la manette (26) d'actionnement manuel du mécanisme (22). 7. Disjoncteur limiteur multipolaire selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque pôle du bloc limiteur (12) est muni d'un conducteur (51) d'interconnexion d'une (48) des plages aux contacts fixes (16) du pôle correspon- dant du bloc disjoncteur Q0) ledit conducteur (51) ayant la forme d'un C entourant la chambre d'extinction d'arc (44), de manière à assurer l'attraction de l'arc vers les tôles de désionisation (46) lors de la séparation par répulsion électrodynamique des contacts (37, 38) du bloc ltmiteur (12). - '8. Disjoncteur limiteur multipolaire selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la plage (50) est con- nectée aux tresses (52) de liaison des bras de contact (36a, 36b, 36c) mobiles du bloc limiteur (12) par l'intermédiaire d'un conducteur (54) qui passe perpendiculairement dans une ouverture ménagée dans le fond (41) de base du boltier (13), ledit conducteur (54) étant traversé longitudinalement par un conducteur (40) fixe de support du contact fixe (39) associé aux contacts mobiles (37) des bras de contact. 9. Disjoncteur limiteur multipolaire selon la revendica- tion 8, caractérisé par le fait que ledit conducteur (40) fixe de chaque pale du blnc limiteur (12) présente une forme allongée s'étendant parallèlement et à faible dis- tance des bras de contacts (36a, 36b, 36c), l'une des ex- trémités du conducteur (40) étant connectée à la plage correspondante de raccordement (34) du bloc disjoncteur standard (10), et l'autre des extrémités se prolongeant au-delà du contact fixe (38) vers la corne d'extrémité (43) de la chambre d'extinction d'arc (44). 10. Disjoncteur limiteur multipolaire selon l'une des reven- dications 3 à 9, caractérisé par le fait que les extrémités des bras de contacts 36a, 36b, 36c sont articulées sur un axe de pivotement (42) s'étendant parallèlement à l'axe d'arrêt (60) de la liaison mécanique, et que les moyens élastiques sollicitant les bras en position de fermeture comportent par bras un ressort de compression (58) agissant sur ladite extrémité au voisinage de l'axe de pivotement (42), tel que sa ligne d'action soit sensiblement perpendiculaire à la direction de l'axe (42), et s'étend dans la direction longitudinale des bras de contacts en position d'ouverture.