Brevet FR2511185A1 — publié le 19830211

- DISPOSITIF AUTOMATIQUE DE LIMITATION DE COURANTS DE COURT- CIRCUIT L'invention se rapporte à un dispositif interrupteur limiteur comprenant, d'une part, deux contacts mobiles placés chacun à l'extrémité d'un levier porte contact qui oscille autour d'un pivot et qui est soumis à l'action d'un ressort de rappel, les bras respectifs de ces deux leviers étant placés dans un même plan de rotation et étant disposés sensiblement parallèlement l'un en regard de l'autre lorsque le dispositif est fermé, de sorte que des forces de répulsion apparaissant lorsque ces bras sont parcourus par des courants très élevés, écartent ces deux leviers en sens inverse et comprenant, d'autre part, des moyens mécaniques aptes à maintenir les contacts séparés l'un de l'autre après l'apparition de ces courants. De tels dispositifs interrupteurs limiteurs sont avantageusement utilisés en association avec des disjoncteurs pour assurer la protection des lignes qui alimentent des appareils consommateurs de courant notamment lors de l'apparition de courts-circuits. Dans des dispositifs disjoncteurs connus, dont la constitution générale répond à celle définie ci-dessus, les moyens mécaniques qui ont pour but de maintenir les contacts séparés l'un de l'autre, ne deviennent actifs que si une course relativement importante est effectuée par au moins un des leviers. 2- On peut donc craindre que l'apparition de courants intenses, qui ne développent toutefois pas des forces de répulsion susceptibles de provoquer une course minimale, soit suivie d'une nouvelle fermeture des contacts, et que la résistance mécanique opposée par ces dispositifs d'accrochage ne viennent retarder l'ouverture. De tels phénomènes sont particulièrement dangereux lorsque ces disjoncteurs sont placés en série avec des contacteurs dont les temps de réaction à une commande automatique d'ouverture sont sensiblement plus longs que ceux auxquels répondent les disjoncteurs. Par ailleurs, les disjoncteurs connus présentent généralement une structure relativement compliquée qui est pour partie due à la complexité des organes d'accrochage utilisés pour maintenir automatiquement le disjoncteur ouvert, et pour partie due à celle des dispositifs manuels de réarmement. L'invention se propose par suite, de fournir un dispositif limiteur de courant dont la structure générale correspond à une disposition connue ayant donné entière satisfaction, mais dans lequel des mesures particulières seront prises pour écarter les inconvénients de l'art connu, mentionnés ci-dessus; l'invention vise en particulier à fournir un dispositif limiteur dans lequel les deux contacts seront maintenus écartés et seront galvaniquement isolés l'un de l'autre dès qu'un écartement très faible apparaîtra entre eux, permettant ainsi sa mise en série avec un appareil contacteur. Selon l'invention, ce résultat est atteint grâce au fait qu'un écran mince isolant placé entre les bras des leviers porte- contacts et apte à se déplacer dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de rotation commun à ces leviers est, d'une part, soumis à l'action d'au moins un organe élastique qui tend à le projeter entre les deux pastilles de contact et que, d'autre part, cet écran est maintenu dans une position -3- armée, o cet organe élastique est comprimé par au moins une surface de butée appartenant à au moins un des leviers de contact. On connaît déjà, par exemple, par le brevet USA 3 168 627 des dispositifs interrupteurs faisant appel à deux contacts mobiles placés chacun à l'extrémité d'un support déformable et à un écran isolant qui se déplace entre eux. Dans ce dispositif connu, les mouvements de l'écran sont provoqués par une bobine et par un ressort de compression de façon à fonctionner comme un interrupteur télécommandé, tandis qu'en raison des liaisons établies entre cet écran et ces supports de contacts, un fonctionnement en interrupteur- limiteur est totalement exclu. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après. Aux dessins annexés La figure 1 illustre une vue en élévation en coupe par un plan médian PP' contenant les leviers de contacts; La figure 2 représente une vue de dessus de l'appareil selon la figure 1, coupé par un plan brisé V W; La figure 3 montre une vue de côté d'un appareil dis- joncteur faisant appel à trois dispositifs selon la figure 1, associés et coupés chacun par des plans RR', SS' et TT'; La figure 4 montre en élévation un détail des leviers dans leurs régions de contact; La figure 5 illustre un organe de réarmement simple, dans une vue de côté passant par le plan RR'; La figure 6 représente en perspective une pièce rapportée apte à guider l'écran et les ressorts; et La figure 7 montre une variante de réalisation de l'écran et des leviers en élévation. Un appareil limiteur présenté, par exemple, sous la forme d'un boîtier unipolaire 1 à la figure 1 et constitué, par exemple, par l'association de deux demi-boîtiers 3, 4 symétriques par rapport au plan de la figure, comporte principalement un premier volume intérieur 5 placé dans une région inférieure 6 du boîtier et un second volume intérieur 7 placé dans *une région supérieure 8 du boîtier La région inférieure du boîtier présente une surface de base extérieure servant de préférence à la fixation de l'appareil 15 et deux prôlonge- ments latéraux 9, 10 opposés qui reçoivent chacun un conducteur 11 respectivement 12 pour le raccordement électri- que de l'appareil, qui peut être effectué, soit grâce à une plage de raccordement 13 de ce conducteur représenté à droite de la figure, soit à l'aide d'organes de raccordement faisant appel à une vis 14 et à une douille 14 ' se prolongeant au-delà de la base Le second volume inférieur 5 reçoit deux leviers de contact 16 et 17 ayant chacun une première extrémité 18 respectivement 19, pivotée autour d'un pivot 20 respectivement 21 Ces deux pivots ont des axes parallèles et perpendicu- laires à un plan PP' médian dans lequel peuvent osciller les leviers et sont placés au voisinage de la base 15. Ce plan PP' représente avantageusement le plan de joint des deux demi-boîtiers 3, 4, voir figure 2. Chaque première extrémité 18, 19 de levier est reliée à un conducteur de raccordement par une tresse métallique, ou conducteur déformable équivalent 22 respectivement 23, dont une première portion 24 respectivement 25, circule sensible- ment parallèlement à la base. -5- Les premières extrémités 18, 19 sont placées au voisinage des pivots de façon que les mouvements des leviers de contact ne provoquent qu'une légère déformation des secondes portions 26, 27 de ces tresses métalliques, qui sont elles-mêmes sensible- ment perpendiculaires à la base 15, et sont reliées aux pièces 11, 13. Des pastilles de contact 28, 29 sont placées aux secondes extrémités 30 respectivement 31 des bras des leviers qui sont opposées à celles recevant les tresses Ces bras sont disposés sensiblement parallèlement entre eux et en regard l'un de l'autre, perpendiculairement à la base 15. Les bords 34, 35 de ces extrémités qui sont opposées-aux pas- tilles de contact, présentent chacun un bossage 36 respective- ment 37. Deux ressorts de pression de contact 38 respectivement 39 s'étendant sensiblement autour d'un axe commun XX', parallèle à la base 15 et placés dans le plan médian, s'appuient, d'une part, sur un bossage et, d'autre part, sur une paroi latérale respectivement 41 du bottier; Ces deux parois sont sensiblement parallèles aux bras des leviers et sont sensible- ment parallèles à un plan RR' du bottier qui est perpendicu- laire à la base et qui sépare symétriquement les deux pivots et les deux leviers. Le ressort 39 s'appuie éventuellement sur la paroi voisine 41 grâce à une pièce de réglage 42. Ces deux ressorts appliquent donc sur les leviers des forces de pression opposées qui maintiennent les pastilles l'une contre l'autre, et de façon telle que les deux leviers prennent des positions sensiblement symétriques par rapport à un plan RR' passant entre les pivots perpendiculairement au plan PP'. -6- Une chambre d'arc 43, placée dans le second volume intérieur 7, comporte une multiplicité d'ailettes 44 fourchues, dispo- sées de préférence de façon rayonnante vers les contacts, de façon à recevoir et à fractionner un arc apparaissant entre les extrémités des leviers lors d'une coupure. Ces ailettes peuvent être maintenues soit par des surfaces de forme venant de moulage avec les demi-boîtiers isolants 3, 4, soit être disposées à l'intérieur d'un bottier d'arc séparé placé à l'intérieur du premier volume 7. Les ressorts 38, 39 peuvent également être, soit guidés dans des demilogements 46, 47 des demi-boîtiers, soit être placés dans des douilles de guidage 46 ', 47 ' pincées entre les demi- boîtiers et présentant ces logements. Dans des zones latérales 48, 49 du premier volume intérieur 5, placées entre les tresses et les ressorts, sont disposées deux pièces magnétiques 50 respectivement 51, prenant chacune la forme d'un U, dont les branches 52, 53 respectivement 54, 55 entourent au moins partiellement les bras des leviers, voir figures 1, 2 et 3; Ces pièces magnétiques sont maintenues par des formes en relief ou en creux portées par les demi- bottiers. Les pastilles de contact 28, 29 possèdent chacune un rebord transversal 56 respectivement 57, placé du côté du pivot cor- respondant, ces deux rebords étant sensiblement orientés dans le prolongement l'un de l'autre, voir figure 4. Dans une zone centrale 5 ' du premier volume 5 qui est comprise entre les leviers de contact et entre les pièces magnétiques, est disposé un écran 32 qui prend la forme d'une plaquette rectangulaire de faible épaisseur "e" en matériau isolant, voir aussi les figures 2 et 3. Cet écran, dont le plan propre est placé dans le plan RR', 7 - peut se déplacer dans ce plan soit grâce à deux bords latéraux opposés et parallèles 58, 59 qui sont guidés dans deux rainures de guidage opposées 60, 61 formant des chicanes qui séparent les deux leviers 16, 17 et portées respectivement par une surface interne de chaque demi-boitier, voir figure 3, soit dans un intervalle de guidage approprié, voir la figure 6 décrite ultérieurement. Un bord supérieur 33 de cet écran est placé contre au moins un, et éventuellement les deux rebords transversaux 56, 57 des pastilles de contact constituant des butées mobiles, et est maintenu dans cette position à l'aide de deux ressorts de compression armés 63, 64 d'axes parallèles qui s'appliquent, d'une part, sur un fond 65 du boîtier portant la base 15 et, d'autre part, sur deux points d'appui 66, 67 de l'écran, opposés au bord supérieur 33 et voisins des bords latéraux de guidage 58, 59. Les deux rainures de guidage s'étendent suffisamment vers la chambre d'arc, pour que l'écran isolant puisse se déplacer sous l'effet des ressorts et atteindre une position plus éloi- gnée du fond o le bord supérieur atteint le point A, voir figure 1. Le fonctionnement de ce disjoncteur résulte du fait que lorsque des forces de répulsion, qui s'appliquent sur les bras des leviers et dont le rendement est amélioré par les pièces magnétisables, écartent les leviers d'une quantité légèrement supérieure à l'épaisseur "e", l'écran isolant 32 échappe au rebord 56, 57 et est très rapidement propulsé entre les pastilles de contact Le passage de cet écran produit non seu- lement un étirement de l'arc, qui prend naissance entre les pastilles, vers les ailettes, mais également l'interposition d'un obstacle qui empêche les pastilles d'entrer en contact immédiatement après leur séparation, et qui opère ensuite un isolement partiel de deux demichambres symétriques 43 ', 43 " formant ensemble la totalité de la chambre 43. -8- Afin que l'arc s'accroche rapidement sur les ailettes éven- tuellement en contournant le bord supérieur 33 de l'écran, et se dirige rapidement vers les ailettes 44 ', 44 " de ces demi- chambres, deux ailettes 68, 69, plus longues que les autres, peuvent être placées de part et d'autre du point A, et au voi- sinage immédiat de ce point. Par ailleurs, voir figure 3, l'écran peut comporter un pro- longement 70 dirigé vers le fond ou base du boîtier, ou pré- senter un bord inférieur suffisamment éloigné de 33 pour éviter l'amorçage d'un arc entre les extrémités inférieures des leviers, ce prolongement étant placé par exemple en regard de la nervure transversale 72 pour former une chicane. Afin que I'un des rebords au moins, par exemple, le rebord 57, d'un des leviers, par exemple le levier 16, soit placé au repos en regard de l'extrémité 33 de l'écran, ce levier est placé en appui sur une surface de butée 45 du bottier, portée par exemple par une nervure transversale 72 isolante qui peut faire partie du boîtier ou être portée par une pièce particu- lière comme on le verra ultérieurement; cet appui est opéré par son ressort de rappel 38, la position ainsi occupée servant à déterminer également celle de l'autre levier 17 qui est soumis à l'action de son propre ressort de rappel 39 Les deux ressorts doivent présenter, par suite, des caractéristi- ques différentes pour que cet appui sur 45 soit réalisé dans tous les cas; Dans un mode de réalisation préféré, le ressort 38 exerce sur le levier 16 lorsque celui-ci est au repos, une force dirigée de gauche à droite, qui est supérieure à la force qui est exercée par le ressort 39 en sens inverse sur le levier 17 quand le contact 29 est appuyé sur le contact 28. Lors d'une ouverture automatique, le levier 17 qui est le moins chargé, s'écartera donc plus rapidement que l'autre. L'efficacité du dispositif interrupteur-limiteur qui vient d'être décrit tient notamment au fait que l'écran, grâce à sa légèreté, est très rapidement propulsé entre les pastilles, et 9 - que les leviers de contact sont soumis à des forces de répul- sion importantes en raison de la faible distante qui peut séparer ces leviers lorsque l'écran possède une faible épais- seur. Le réarmement de l'appareil, qui a pour but de déplacer l'écran depuis la position correspondant à celle o le bord supérieur 33 est en A jusqu'à la position représentée à la figure 1, est effectué grâce à un poussoir plat 78 de faible épaisseur, voir la figure 5 Ce poussoir qui est placé comme l'écran 32 dans le plan RR' coulisse vers le bas grâce à deux rainures 79, 80 appartenant au boîtier qui guide ses bords parallèles 81, 82 lorsque son extrémité supérieure 83 traver- sant une ouverture 84 ' du toit 84 est soumise à une manoeuvre appropriée Ce poussoir qui est maintenu dans la position haute visible à la figure 5 par des moyens élastiques non représentés, se déplace également entre les ailettes 68 et 69; pour permettre à l'arc de s'étirer entre ces ailettes 68, 69 vers la partie supérieure de la chambre, la région inférieure 78 ' de ce poussoir présente une échancrure 78 " qui lui permet également de ne pas empêcher la refermeture des contacts lorsque le poussoir est en position basse indiquée en pointil- lé sur la figure 5. Entre les parois latérales 40, 41, le toit 84 opposé à la base , et les parois longitudinales 86, 87 du boîtier d'une part, et les surfaces de forme qui maintiennent les ailettes dans la chambre d'arc 43, on peut disposer un chemin d'évacuation et de laminage des gaz qui apparaissent lors d'une coupure auto- matique; un tel canal comprend par exemple, voir figures 1 et 3, une ouverture supérieure 88 opposée aux leviers, et s'étendant dans le plan PP' entre les points 88 ' et 88 " o aboutissent deux ailettes les plus éloignées l'une de l'autre, un premier canal 89, éventuellement des obstacles tels que 90 ', 90 " prenant la forme de grillage ou de tôles perforées, un second canal 91 ' respectivement 91 " contournant par exemple les logement 47, 46 des ressorts de pression, et enfin un orifice d'échappement 92 ' respectivement 92 " débouchant par exemple dans une paroi latérale 41 respectivement 40 au voisi- nage des bornes 12,13 voir la figure 3. Le bottier de l'appareil unipolaire peut avantageusement être présenté sous une forme élémentaire ne contenant que les éléments nécessaires à la coupure d'un conducteur de phase, de sorte que plusieurs boîtiers élémentaires pourront être asso- ciés côte à côte lorsque l'on doit effectuer la protection d'une ligne polyphasée, voir la figure 3, par exemple à l'aide de tiges d'accouplement 93, traversant les différents bottiers 94, 95, 96. Les amplitudes des mouvements des leviers étant importantes au voisinage des pastilles de contact, l'écran a été avantageuse- ment appuyé sur celles-ci afin que sa libération soit immédiate On pourrait toutefois retenir un bord 120 d'un écran 98 par un crochet 117 du levier 119 placé entre la pastille 115 et le pivot 116, tel que cela est illustré à la figure 7; dans ce cas, on disposera néanmoins le bord supé- rieur 118 de l'écran au voisinage des pastilles de contact pour que l'étirement de l'arc et la séparation galvanique se produise très rapidement après l'ouverture, comme dans l'exemple précédent. Les rainures de guidage 60, 61 de l'écran, la nervure 72 et la surface de butée 45 du levier de contact 16 peuvent avantageu- sement être portés par une pièce moulée isolante représentée en 100 à la figure 6 et se plaçant dans le premier volume intérieur 5 entre les demi-boîtiers au moment du montage. Cette pièce 100 comporte ici une seule rainure ou intervalle de guidage 101 pour l'écran 32, qui est placée dans le plan RR' et qui aboutit à deux logements cylindriques parallèles 102, 103, destinés à recevoir les ressorts 63, 64; cette rainure 101 est limitée par des parois 104, 105, sensiblement parallèles au plan RR' dont l'une porte la surface de butée 25111 3 il - 106 correspondant à 45 et qui sont toutes deux reliées à deux murs extérieurs 107, 108 parallèles au plan médian PP'. Ces murs qui isolent localement les leviers de contact 16, 17 et les branches métalliques des pièces magnétiques 50 et 51 comportent deux paires de logements extérieurs ouverts 109, et respectivement 111, 112 pour recevoir ces branches et cooporer au maintien mécanique des pièces magnétiques; deux logements voisins 110, 112, disposés sur un même mur tel que 108, sont séparés par une cloison telle que 113 pour éviter un amorçage d'arc intempestif entre deux pièces magnétiques. Les leviers 16, 17 se déplacent dans deux encoches 114, 115 qui sont placées entre les murs 107, 108 et qui aboutissent aux parois 104, 105. 12 - Revendications de brevet 1 Dispositif interrupteur-limiteur -comprenant, d'une part, deux contacts mobiles placés chacun à l'extrémité d'un levier porte-contact, qui oscille autour d'un pivot et qui est soumis à l'action d'un ressort de rappel, les bras respectifs de ces deux leviers étant placés dans un même plan de rotation et étant disposés sensiblement parallèlement l'un en regard de l'autre lorsque les contacts sont fermés, de sorte que des forces de répulsion apparaissant lorsque ces bras sont parcourus par des courants très élevés, écartent ces deux leviers en sens inverse, et comprenant, d'autre part, des moyens mécaniques aptes à maintenir les contacts séparés l'un de l'autre après l'apparition de ces courants, caractérisé en ce qu'un écran isolant ( 32) de faible épaisseur ne", placé entre les bras des leviers porte-contacts ( 16) respectivement ( 17) , et apte à se déplacer dans un plan RR' perpendiculaire au plan de rotation commun PP' des leviers est, d'une part, soumis à l'action d'au moins un organe élas- tique ( 63, 64) qui tend à le projeter entre les deux pastilles de contact ( 28, 29) et que, d'autre part, cet écran est main- tenu dans une position armée, o cet organe élastique est comprimé, par au moins une surface de butée mobile ( 56) respectivement ( 57) respectivement ( 117) appartenant à au moins un des leviers de contact. 2 Dispositif interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces surfaces de butées mobiles sont constituées par au moins l'un des rebords ( 56, 57) qui sont portés par les pastilles de contact ( 28, 29), qui sont diri- gées vers les pivots ( 21, 22) des leviers et contre lesquels s'appuie un bord ( 33) de l'écran. 3 Dispositif disjoncteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les pastilles de contact ( 28, 29) sont appliquées l'une contre l'autre par des ressorts particuliers ( 38, 39) sensiblement coaxiaux XX', qui exercent leurs forces 2511 185 13 - d'application dans des régions ( 36, 37) opposées aux pastilles. 4 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les leviers de contacts ( 16, 17) sont disposés dans un premier volume ( 5) d'un boîtier de l'appareil compris entre l'axe XX' des ressorts et un fond de fixation ( 15, 65) de ce boîtier au voisinage duquel sont placés les pivots ( 21, 20) de ces leviers et des bornes ( 12, 13) reliées au levier de contact. Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des pièces magnétiques ( 50, 51) en forme de U dont les branches entourent les bras des leviers, sont placées dans ce premier volume ( 5) entre les ressorts de pres- sion ( 38, 39) et des conducteurs souples ( 22, 23) circulant au moins partiellement parallèlement au fond ( 15, 65) du bottier pour relier ces leviers à des bornes ( 13, 14). 6 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écran ( 32) est guidé par deux bords latéraux parallèles ( 58, 59) placés dans des rainures de guidage ( 60) respectivement ( 61) du bottier ( 1) formant des chicanes entre les deux leviers ( 16, 17). 7 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que une chambre d'arc ( 43, 43 ', 43 ") com- portant une multiplicité d'ailettes ( 44) est placée dans un second volume ( 7) du boîtier opposé au premier volume ( 5) par rapport aux ressorts de pression ( 38, 39), et que deux ailettes ( 68, 69) plus longues que les autres, entourent un point particulier 'A" de la chambre d'arc qui correspond à la position de repos du bord ( 33) de l'écran ( 57) après une 14 - ouverture automatique. 8 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier ( 1) de l'appareil comprend deux demiboitiers ( 3, 4) présentant des surfaces de forme pour maintenir des ailettes de soufflage ( 44) d'une chambre d'arc ( 43), et entre lesquels est disposée dans le premier volume une pièce isolante ( 100) comportant deux parois ( 104, 105) entre lesquelles est guidé l'écran isolant ( 32), deux logements ( 102, 103) parallèles pour guider des ressorts de compression ( 63, 64), deux encoches ( 114, 115) dans lesquelles se déplacent les leviers ( 16, 17) et deux murs ( 107, 108) qui entourent ces encoches et présentent des logements ( 109, 110, 111, 112) pour maintenir des branches de pièces en U magnéti- ques qui entourent les leviers. 9 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des canaux d'évacuation des gaz ( 89, 90, 91), circulent dans le boîtier ( 1) d'abord entre une ouverture ( 88) de la chambre d'arc ( 43) opposée aux leviers ( 16, 17) et un toit ( 84) du boîtier, ensuite entre cette chambre d'arc et des parois latérales ( 40, 41) du boîtier parallèles aux leviers et aboutissent enfin à des ouvertures ( 92) placées près de bornes ( 12, 13) de l'appareil après avoir contourné des logements de guidage ( 46, 47) des ressorts de pression de contact ( 38, 39). 10 Dispositif interrupteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lorsque les contacts sont fermés, un premier levier ( 16) est soumis à l'action d'un premier ressort de pression de contact ( 38) qui l'appuie contre une surface de butée ( 45) respectivement ( 106) avec une force supérieure à celle qui est exercée par un second ressort de pression ( 39 > associé à un second levier.