Brevet FR2534080A1 — publié le 19840406

On sait que pour éviter les accidents résultant d'une mise sous tension accidentelle d'une structure métallique, l'on peut associer à celle-ci un appareil qui la relie alors automatiquement à une masse ou terre parfaitement établie. On sait également qu'en vue d'éviter tout risque d'électrocution pendant le temps très court, mais non négligeable, qui s'écoule entre l'apparition de la tension et l'instant o l'appareil a réalisé la mise à la terre, on peut avantageusement disposer entre cette terre et la structure un éclateur réglé pour une tension modérée (par exemple 90 volts) qui puisse être supportée sans danger pendant le temps précitéo L'invention vise à permettre d'établir un appareil du genre en question de fonctionnement particulièrement sûr et de construction simplifiléeo Conformément à l'invention l'on réalise l'appareil sous la formejd'un interrupteur électromagnétique dont la bobine est établie pour ne declencher que sous une intensité relativement forte, afin de courtcircui- ter les transitoires de courant de faible énergie sans provoquer le déclenchement. Quand l'appareil comporte un éclateur, il convient que celui-ci ne s'aezrce qu'a un seuil supérieur à la surtension provoquée par l'inductance de la bobine de l'interrupteur lors du fonctionnement de celui-ci. Lorsque l'interrupteur comporte plusieurs contacts élastiques, on pr Ovoit pé-aferablement ceux-ci de manière qu'ils comportent des modes de vibration différents afin d'eviter tout retard de fonctionnement dû à un âventuel rebondissement simultané de ces contacts. Il est possible par ailleurs, quand cela est souhaitable, d'associer à l'appareil des moyens lui permettant de déclencher sélectivement à des seuils différents suivant le signe de la tension appliquée. Enfin l'invention vise le mode de construction particulier de l'appareil lui-même, comme expliqué ci-après. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig 1 est une vue de face de l'appareil, l'une des moitiés du boîtier étant enlevée pour permettre d'apercevoir l'agencement interieur. Fig 2 est une coupe suivant II-II (fig 1), cette vue indiquant en I-I le plan-de joint qu'on peut considérer comme plan de coupe pour fig 1. Fig 3 montre le schéma électrique. Fig 4 et 5 sont des vues de détail respectivement semblables à celles de fig 1 et 2, mais montrant les pièces à une autre position en ce qui concerne le déclenchement et le ré-enclenchement. Fig 6 représente une variante de schéma électrique assurant un seuil de déclenchement fonction de la polarité de la tension appliquée à la structure. L'appareil représenté comprend un boîtier fait en deux moitiés 1 et 2 assemblées par des tirants tels que 3 Ces deux moitiés sont réalisées en matière isolante moulée de façon à presenter les conformations voulues pour emprisonner entre elles les composants intérieurs Leur plan de joint a été référencé I-I en fig 2 parce qu'il correspond au plan de coupe de fig 1. Dans le bas du bottier ainsi établi sont disposées deux bornes 4 et 5 à forte section qui se prolongent vers l Vexterieur pour recevoir les deux conducteurs plats 6 et 7 respectivement reliés a la structure intéressée et à la terre, le serrage de cew=-ci étant assuré par des vis 8 et 9, Chacune de ces bornes porte 2 l'intérieur du boîtier un contact fixe, respectivement 10 et 11, ces deul contacts étant disposés en face l'un de l'autre de façon à pouvoir être reliés électriquement par un système de contact mobile 12 à éléments multiples qu'on décrira plus loin. Entre les deux contacts fixes 10 et 1 l est montée une tige verticale mobile 13 qui coulisse dans des empreintes cylindriques ménagées entre des nervures en vis-à-vis du boîtier, savoir d'une part la et 2 a (fig 2), d'autre part lb et 2 b, cette dernière étant fendue comme on le verra ci-après La tige 13 porte dans le bas une traverse 14 contre la face inférieure de laquelle viennent porter quatre contacts mobiles élémentaires réalisés sous la forme de barrettes plates portant en bout des plots 16 propres à coopérer avec les contacts fixes 10 et 11 lors du soulèvement * 8 30 de la tige Ces contacts mobiles ou barrettes sont disposés deux par deux symétriquement de part et d'autre de la tige, comme montré fig 2. Ils sont sollicités en direction du haut par des lames de ressort 17, lesquelles sont fixées par leur milieu sur une seconde traverse 18 portée par l'extrémité inférieure de la tige 13 et serrée contre un épaulement de celle-ci par un écrou 19 Bien entendu des moyens appropriés sont prévus pour empêcher les traverses 14 et 18 de tourner autour de l'axe de la tige 13 ainsi que pour maintenir les barrettes 15 perpendicu- laires à ces traverses Le boîtier peut comporter à cet effet des nervures venant entourer les traverses avec jeu suffisant, telles par exemple que celles référencées le et Id Quant aux barrettes, on peut prévoir sur leur face inférieure des pions coulissant dans des fentes des lames élastiques, ou bien les engager en partie dans des rainures de guidage creusées dans la face inférieure de la traverse 14. Les lames 17, les plots 16 et les barrettes correspondantes sont préférablement agencés de façon à comporter des caractéristuques vibratoires différentes. La tige 13 porte au-dessus des nervures la, 2 a une première bague contre laquelle vient agir un ressort de compression 21 prenant appui sur les nervures précitées Au-dessus de cette bague 20 il en est prévu une autre 22 qui vient normalement buter contre -un galet 23 porté par la. branche verticale d'un levier en équerre 24 articulé sur un axe inférieur dont les extrémités sont engagées dans des perforations borgnes pratiquées dans des nervures le, 2 e du boîtier 1-2 Un ressort de torsion 26 sollicite le levier 24 à tourner dans le sens correspondant à l'engagement du galet 23 sur la rondelle 22. Comme montré, le levier -24 est fait à partir d'une tôle comportant une partie centrale 24 a qui constitue voile pour le bras horizontal du levier, et deux parties latérales 24 b à profil en L repliées de part et d'autre de la précédente en vue de réaliser le bras vertical, le galet 23 se terminant par deux pivots qui tournent dans des perforations des extrémités desdites parties latérales 24 b. Sur le voile 24 a du levier 24 se repose une pointe arrondie 27 solidaire du noyau mobile d'une bobine ou électro-aimant 28, cette bobine étant établie de façon que lorsqu'elle est excitée la pointe 27 s'abaisse De tels électro-aimants étant bien connus dans la pratique on ne décrira pas davantage l'agencement intérieur de ce noyau mobile et du noyau fixe correspondant que traverse la tige en métal non magnétique dont la pointe 27 est solidaire On notera seulement que le noyau fixe inférieur se prolonge vers le bas par une partie filetée 29 sur laquelle est montée une couronne 30 maintenue dans une creusure prévue dans deux nervures du boîtier et dont seule celle If de la moitié 1 est visible en fig 1, lesdites nervures étant librement traversées par la partie filetée 29 On comprend que cette disposition permet de régler la hauteur de la bobine 28 par rapport au voile 24 a de la branche horizontale du levier 24. La moitié 2 du boîtier comporte une partie 2 g en forme de douille s'ouvrant vers l'extérieur et dans laquelle peut coulisser un boutonpoussoir 31 solidaire d'une courte tige 32 qui traverse le fond de cette douille pour venir s'articuler à l'extrémité d'un levier coudé 33 articulé sur un axe 34 serré entre des bossages lh et 2 h respectivement solidaires des deux moitiés 1 et 2 On notera que la fente précitée de la nervure 2 b sert précisément au passage du levier 33 Comme montré l'articulation de la tige 32 au levier 33 s'effectue par l'intermédiaire- d'une-fente 33 a de longueur notable poinçonnée dans ce dernier et d'un axe 35 traversant celle-ci Un ressort 36 est monté sur la tige 32 à l'intérieur de la douille 2 g pour assurer le rappel du bouton vers l'extérieur. Comme montré, la partie du levier 33 voisine de l'axe 34 est substantielle- ment horizontale à sa position de repos et elle passe à une faible distance au-dessus de l'extrémité supérieure de la tige 13 quand cette dernière se trouve à sa position basse déterminée par la retenue de la bague 22 par le galet 23. Les deux moitiés 1 et 2 comportent à leur intérieur une fente telle que li (fig 1), l'ensemble de ces deux fentes disposées en vis-à-vis pouvant recevoir une plaquette 37 de circuit imprimé ou intégré. Enfin la borne 5 se prolonge vers le haut pour porter une tige filetée 38 sur laquelle un écrou 39 permet de serrer un thyristor annulaire 40. Fig 3 montre le schéma électrique général de l'appareil La référence 41 y désigne la structure métallique à protéger contre les surtensions Le conducteur à forte section 7 la relie à la borne 5 tandis que la borne 4 est reliée à la terre 42 par un conducteur 6 de section semblable Le circuit 37 est branché entre 41 et 42 par des conducteurs 43, 44 Il comporte une sortie 45 reliée par un conducteur 46 à la gâchette du thyristor 40, lequel est autrement monté dans un circuit comprenant un conducteur 47 relié au conducteur 7 précité, un autre conducteur 48 aboutissant à la bobine 28 et enfin un conducteur 49 r 30 reliant la sortie de celle-ci à la terre -42 (par l'intermédiaire de 6). En conditions normales la tige 13 est maintenue à la position abaissée à l'encontre du ressort 21 par le galet 23 disposé au-dessus de la bague 22 Le circuit est ouvert entre les contacts 10 et 11 Si le circuit détecteur 37 décèle l'apparition d'une tension dangereuse sur la structure 41, il déclenche le thyristor 40 et celui-ci relie la bobine 28 au conducteur 7, c'est-à-dire à la structure 41 alors sous tension. La bobine ainsi alimentée en courant fonctionne en électro-aimant, son noyau mobile s'abaisse et la pointe 27 fait basculer le levier 24 dans le sens sinistrorsum en fig 1, de sorte que le galet 23 dégage la rondelle 22 La tige 13 ainsi libérée se soulève et les plots 16 viennent s'appliquer contre les contacts fixes 10 et 11 (position de fig 4) en reliant positivement la structure à la terre et en faisant ainsi disparaître la surtension, quitte à provoquer le fonctionnement d'un disjoncteur s'il apparaît alors une surintensité sur le réseau intéressé Grâce aux caractéristiques vibratoires différentes des contacts élastiques de - l'interrupteur, il ne peut se produire aucun phénomène de rebondissement simultan 6 susceptible de provoquer une coupure du circuit, si courte soit elle. Lorsque la cause de l'incident a disparu ou a été éliminée, pour réarmer l'appareil il suffit d'appuyer sur le bouton 31 (fig 5) On fait ainsi tourner le levier 33 dans le sens dextrorsum en fig 2 et 5. Sa partie supérieure s'abaisse et entraîne la tige en direction du bas à l'encontre du ressort 21 La bobine 28 n'étant plus alimentée, le ressort 26 ramène le galet 23 sur la rondelle 22, de sorte qu'on revient à la position initiale de fig 1. Comme sus-indiqué l'on prévoit la bobine 28 et son circuit magnétique de manière qu'ils comportent une faible impédance et qu'il faille une intensité relativement forte pour assurer le déclenchement. On Évite ainsi des déclenchements intempestifs sous l'effet de tensions transitoires qui se trouvent mises à la terre sans agir sur le mécanisme. En outre lors du déclenchement la bobine ainsi établie dérive une fraction importante du courant de surtension. Dans le schéma électrique de fig 3 on a indiqué en 50 l'éclateur qu'on prévoit souvent en parallèle entre la structure et la terre {conducteurs 51 et 52 pour limiter la surtension pendant le temps très court nécessaire au déclenchement de l'appareil Cet éclateur, préférablement établi à l'intérieur d'une ampoule renfermant un gaz approprié (néon par exemple), ne doit bien entendu pas gêner le fonctionnement de l'interrup- teur On prévoit donc la bobine 28 de façon telle qu'elle puisse assurer le déclenchement sous une tension maximale à ses bornes inférieure à celle de fonctionnement de l'éclateur, par exemple sous 50 volts (tension L.di/dt) pour un éclateur au néon. Dans la variante de fig 6 on a supposé que la tension intempestive susceptible d'apparaître entre la structure 41 et la terre pouvait être soit positive, soit négative et qu'on désirait disposer de seuils de déclenchement différents suivant les cas. On retrouve ici le circuit détecteur 37 de commande du thyristor ; toutefois ce détecteur est polarisé en ce sens qu'il ne répond que pour une polarité de la surtension éventuelle, par exemple si celle-ci rend la structure positive par rapport au sol, et n'intervient pas dans le cas contraire Mais on a prévu un second détecteur 53 relia à la structure par un conducteur 54 et au conducteur 44 précité par un autre 55 Ce second détecteur est ainsi en parallèle avec le premier, mais il est polarisé en sens inverse pour répondre à une surtension négative Il commande à travers un conducteur 56 un thyristor ou triac 57 convenable- ment branché entre les conducteurs 48 et 7 par des conducteurs de liaison 58 et 59 On comprend aisément que suivant le sens de la tension qui apparaît entre la structure et la terre, c'est l'un ou l'autre des deux détecteurs 37 et 53 qui répond et que ceux-ci peuvent être réglés pour des seuils de fonctionnement différents, si on le désire. On peut encore prévoir en certains cas de disposer des interrupteurs sur des conducteurs 46 et 56, par exemple, pour permettre de ne fonction- ner que pour un sens de la tension à éliminer. Il doit d'ailleurs âtre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. F R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Appareil pour la mise à la masse automatique de structures métalliques accidentellement sous tension, du genre comprenant un détecteur qui commande directement ou, par l'intermédiaire d'un relais tel qu'un thyristor, un électro-aimant propre à assurer la fermeture d'un interrupteur interpose entre la structure et la terre, caractérisé en ce que l'électro-aimant ( 28) est établi de façon à ne déclencher l'interrupteur ( 10, 11, 12) que sous une intensité relativement forte, de manière à ce que les transitoires de courant de faible énergie soient court-circuités sans provoquer la fermeture de cet interrupteur ( 10, 11, 12). 2 Appareil suivant la revendication 1, associé à un éclateur interposé entre la structure et la terre afin de limiter la tension entre ceux-ci à une valeur assez faible pour éviter le danger d'électrocution pendant le court temps nécessaire au fonctionnement de l'interrupteur, caractérisé en ce que l'impédance de l'électro-aimant ( 28) est prévue assez faible pour que la surtension (L di/dt) qui apparaît à ses bornes lors du fonctionnement reste inférieure au seuil de tension de l'éclateur. 3 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux détecteurs ( 37, 53) polarisés en sens inverse l'un de l'autre de façon à assurer deux seuils de déclenche- ment différents respectivement pour un sens et pour l'autre de la tension imposée à la structure ( 41). 4 Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits des deux détecteurs ( 37, 53) peuvent être sélectivement ouverts ou fermés afin de permettre de choisir le sens de la tension susceptible de provoquer le déclenchement. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, avec interrupteur à contacts élastiques multiples, caractérisé en ce que ces contacts ( 17) possèdent des modes vibratoires différents évitant leur rebondissement simultané. 6 Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, du genre dans lequel l'interrupteur comporte des contacts mobiles portés par une tige qu'un ressort sollicite vers des contacts fixes correspondants, tandis qu'il est prévu un système de retenue de ladite tige susceptible de libérer celle-ci sous l'effet de l'électro-aimant, ce système comprenant une saillie solidaire de la tige porte-contacts et une butée effaçable portée par un levier basculant commandé par l'électroaimant et propre à venir coopérer avec ladite saillie, caractérisé en ce que la saillie est constituée par une bague ( 22) solidaire de la tige porte-contacts ( 13), tandis que le levier ( 24) qui porte la butée ( 23) est en forme de L avec une première branche qui s'étend à peu près parallèlement à la tige ( 13) et une seconde sur laquelle vient agir une pointe axiale ( 27) solidaire du noyau mobile de l'électro-aimant ( 28). 7 Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la butée portée par le levier ( 24) est établie sous la forme d'un galet. 8 Appareil suivant la revendication 6, du genre comprenant un boîtier en deux pièces moulées, caractérisé en ce que le noyau fixe de l'électroaimant se prolonge par une partie filetée ( 29) qui traverse suivant le plan de joint (I-1) de celles-ci une nervure ( 1 f) de ce boîtier, cette nervure entourant un écrou ( 30) vissé sur ledit prolongement ( 29) de manière à permettre le réglage du déclenchement par simple rotation de cet électro-aimant ( 28). 9 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la pointe ( 27) de l'électro-aimant ( 28) agit sur le voile central ( 24 a) du levier ( 24), lequel est établi par repliage de deux branches en L de part et d'autre de ce voile. 10 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, avec mécanisme de ré-enclenchement à bouton-poussoir, caractérisé en ce que ce mécanisme comprend un levier coudé ( 33) comportant une partie substantiellement perpendiculaire à l'axe de la tige porte-contacts ( 13), cette partie étant prolongée par une autre orientée substantiellement à 90 de la précédente et sur l'extrémité de laquelle le bouton-poussoir ( 32) vient agir par l'intermédiaire d'une liaison appropriée ( 33 a-35). 11 Appareil suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la tige porte-contacts ( 13) est disposée dans le plan de joint (I-I) des deux moitiés ( 1, 2) du bottier et est guidée dans des empreintes creusées dans des nervures en vis-à-vis (la-2 a lb-2 b) de celles-ci.