Brevet FR2535916A1 — publié le 19840511

Disjoncteur à déclenchement rapide par haute tenstan La présente invention concerne un disjoncteur à déclenchement rapide par haute tension notamment un disjoncteur électromécanique de moteur de traction de matériel roulant de transport servant à protéger d'une façon sure ledit moteur, les équipements statiques de commutation et le câblage vis-à-vis des surintensités ou surtensions pouvant apparattre sur la ligne d'alimentation électrique On contact le disjoncteur électromécanique disposé entre l'entrée d'une ligne alimentes par un dispositif de captation de courant et un filtre passe-bas, le filtre passe-bas précédant un équin pement statique dont le role est de commuter le moteur de traction. Ce disjoncteur électromécanique comprend au moins un contact dont l'ouverture peut être commandée de trois manières différentes - par un relais à maximum d'intensite, incorporé au disjoncteur - par une bobine dite de "maintien", alimentée par une batterie d'accumulateurs de façon à maintenir le contact fermé en position normale - par une bobine dite de "déclenchement rapide" dont énergie magné- tique provient de énergie électrique d'un condensateur dit de "déclenchement rapide", cet échange d'énergie entant effectué au moyen d'un thyristor de commutation dit de "déclenchement rapide" dispose entre la bobine et le condensateur. De plus, dans les circuits de puissance qui mettent en jeu des convertisseurs statiques tels que des hacheurs ou des onduleurs, la protection en tension des semi-conducteurs actuels nécessite la présence d'un éerêteur ou limiteur de surtension constitué généra- lement d'un thyristor, d'une inductance et d'une résistance placés aux bornes du condensateur de filtrage du filtre passe-bas principal d'entrée. Il apparat que les composants utilisés dans les circuits d'ouverture du disjoncteur de l'art antérieur sont nombreux, par conséquent coûteux; de plus la disjonction n'est pas suffisamment efficace du point de vue securité, notamment une destruction de la bobine de déclenchement rapide empoche l'ouverture du disjoncteur lors de l'apparition d'un défaut. Le disjoncteur selon la présente invoention remédie à ces incon vénients. Dans celui-ci en effet les composants de puissance nécessaires pour réaliser la disjonction sont déjà utilisés pour d'autres fonctions et la sécurité de fonctionnement est notablement accrue. La présente invention a pour objet un disjoncteur à déclenchement rapide par haute tension du type précité, c'est-å-dire comportant au moins un contact disposé à l'entrée d'une ligne principale d'alimentation et actionné soit par un relais à maximum d'intensité, soit par une bobine de maintien alimentée par une batterie d'accumula tueurs, soit par une bobine de déclenchement rapide recevant après allumage d'un thyristor de déclenchement 11 énergie de décharge d'un condensateur, ladite ligne alimentant-une inductance de filtrage en série et un condensateur de filtrage en parallèle, ladite ligne alimentant, en outre, en parallèle sur ledit condensateur de filtrage un limiteur de surtension constitué principalement d'une résistance limiteur de surtension et d'un thyristor limiteur de-surtension. Selon l'invention, le condensateur de filtrage constitue aussi le condensateur de déclenchement et le thyristor limiteur de surtension constitue aussi le thyristor de déclenchement. Ainsi, l'on met à profit la présence de l'écrêteur pour libérer l'énergie potentielle préalablement emmagasinée dans le condensateur de filtrage et la transférer instantanément dans la bobine de déclenchement rapide. Selon une forme d'exécution simple de I1 invention, entre la ligne principale d'alimentation et la masse et en parallèle sur le condensateur de filtrage constituant aussi le condensateur de déclenchement, est prévu un circuit comportant en série : la résistance "limiteur de surtension", le thyristor limiteur de surtension constituant aussi le thyristor de déclenchement et la bobine de déclenchement rapide. De préférence, dans le circuit précité, la bobine de déclenchement rapide est disposée entre le thyristor limiteur de surtension et la masse ce qui a pour effet d'éviter son maintien permanent au potentiel. Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans le but d'interdire toute fermeture du contact du disjoncteur après échauffement de la bobine de déclenchement rapide dépassant un seuil de température prédéterminé et tant que ce dépassement subsiste, il est prévu dans le circuit d'alimentation de la bobine de maintien et à proximité de la bobine de déclenchement rapide, au moins un contact normalement fermé sensible à la température de la bobine de déclenchement et à ouverture commandée par un dépassement du seuil précité. Ce contact a également pour effet de commander l'ouverture du contact du disjoncteur par coupure de l'alimentation de la bobine de maintien, en cas de dépassement du seuil de température précité. Par exemple, ce contact sensible à la température de la bobine de déclenchement est du type bilame donc à refermeture automatique en dessous d'un seuil prédéterminé de température. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, pour interdire toute possibilité de fermeture du contact du disjoncteur après dépassement, par la bobine de déclenchement rapide, d'un deuxième seuil de température supérleur au premier et susceptible d'avoir provoqué la détérioration de la bobine, il est prévu, monté en série avec le contact sensible à la température de la bobine de déclenchement précité, et placé lui aussi, à proximité de la bobine de déclenchement rapide, un second contact normalement fermé sensible à la température et à ouverture irréversible, tel que fusible thermique A chacun de ces contacts sensibles à la température de la bobine de déclenchement peut être associé un circuit de transmission de l'information de son état, permettant la signalisation d'un défaut temporaire ou définitif. Accessoirement, afin de limiter l'énergie dans la bobine de déclenchement rapide, est montée en parallèle avec cette bobine une impédance dérivant une partie du courant qui traverse la résistance et le thyristor limiteurs de surtension. Pour protéger le thyristor contre les surtensions susceptibles de le détériorer et notamment celles induites par la bobine de déclenchement rapide, il peut être prévu une diode de protection connectée aux bornes de la bobine de déclenchement rapide, et montée en sens inverse du thyristor. Suivant encore une autre caractéristique de -l'invention, la gâchette de ce thyristor est actionnée par un circuit électronique de commande lui-même relié à un détecteur du gradient de courant placé sur la ligne principale d'alimentation. Cette disposition ne nécessite aucun apport d'énergie auxiliaire pour provoquer l'ouverture rapide du disjoncteur. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, donné à titre purement illustratif et nullement limitatif, va maintenant être décrit en référence à la figure unique qui représente, sous la forme d'un schéma de principe électrique, un disjoncteur électromécanique disposé à l'entrée d'une ligne principale alimentant un moteur de traction et ses circuits de commutation. On voit sur la figure un pantographe 1 alimentant une ligne principale d'alimentation2 (par exemple 750 volts).Les composants du disjoncteur électromécanique sont indiqués généralement par la réfé- rence 3. La ligne 2 alimente en aval du disjoncteur 3 un filtre principal passe-bas constitué d'une inductance de filtrage 4 dans le bras série et d'un condensateur de filtrage 5 dans le bras parallèle relié à la masse 6 du dispositif.Aux bornes du condensateur de filtrage 5 est disposé un premier bras parallèle comportant, dans l'ordre, l'ensemble d'un équipement statique 7 de commutation, comprenant par exemple un hacheur et les composants de commutation classiques, suivi d'un moteur de traction M lequel est suivi d'un appareil à détecter le dépassement d'intensité de courant 8 constitué, par exemple d'une sonde à effet HALL. Egalement aux bornes du condensateur de filtrage 5 est disposé un deuxième bras parallèle comportant une sonde de tension 9. Les sondes de courant 8 et de tension 9 délivrent leurs informations à un dispositif électronique de commande 10 dont le rôle principal est de commander l'équipement statique 7 qui permet d'alimenter le moteur de traction M, et dont le rôle auxiliaire est de commander par un circuit électronique 11 le déclenchement de la gâchette d'un thyristor 12. En outre, un détecteur de gradient de courant 13 est placé sur la ligne principale d'alimentation 2 et relié au circuit électronique 11 de commande de la gâchette du thyristor 12. Le détecteur du gradient de courant d I/dt peut être un transformateur constitué par exemple par un tore magnétique. Le thyristor 12 appartient à un circuit limiteur de surtension disposé dans un bras parallèle aux bornes du condensateur de filtrage 5 et comportant dans l'ordre une résistance "limiteur de sirtension" 14, le thyristor 12 et une bobine dite de "déclenchement rapide1 15 faisant partie du disjoncteur- 3. Aux bornes de la bobine de déclenchement rapide 15 est montée une diode 16 de roue libre, opposée au thyristor 12, les cathodes se faisant face. La diode 16 a pour rôle d'éviter la surtension aux bornes du thyristor 12 au moment de l'extinction. Accessoirement, afin de limiter l'énergie dans la bobine de déclenéhement rapide 15 au moment de 19allumage de thyristor 12, il est possible de lui adjoindre en parallèle une impédance 177 résistance ou inductance, dérivant une partie du courant qui traverse le circuit limiteur de surtension. Le disjoncteur 3 comporte, à l'entrée de la ligne 2, un contact 18 qui est normalement maintenu fermé par une bobine de maintien 19 alimentée par une batterie d'accumulateurs 20 (110 volts par exemple) lorsqu'une commande extérieure non représentée est actionnée. Un contact thermique 21, fermé en position normale, est disposé dans le circuit de la bobine de maintien 19. Le contact 21, du type bilame, est placé à proximité de la bobine de déclenchement rapide 159 voire au coeur de cette bobine. Ce contact 21 s'ouvre pour un dépassement d'un premier seuil de température de la bobine de déclenchement rapide 15 qui peut être par exemple de 100au ; il coupe alors l'alimentation de la bobine de maintien 19.Dans le cas où la température de la bobine de déclenchement rapide 15 s'abaisse pour une raison ou une autre auudessous de ce premier seuil, le contact thermique 21 reprend sa position normale et le disjoncteur peut de nouveau être refermé, Un autre contact thermique 22, fermé en position normale, est disposé dans le circuit de la bobine de maintien 19 en série avec le précédent contact 21. Le contact 22, du type fusible thermique, est placé également à proximité ou au coeur de la bobine de déclenchement rapide 15. Ce contact 22 s'ouvre de façon irréversible pour un dépassement d'un deuxième seuil de température de la bobine de déclenchement 15 qui peut être par exemple de 1500C, et qui est de toute façon supérieur au premier seuil.En s'ouvrant, le contact 22, coupe également l'alimentation de la bobine de maintien 19, ceci de manière permanente. A chacun des contacts thermiques 21, 22 est associé un circuit respectif 23, 24 transmettant des informations de dépassement de chacun des seuils de température définis précédemment En particulier, le circuit 24 associé au second contact thermique 22 permet de déclencher, lors de l'ouverture de ce contact, une signalisation permanente signifiant que la probabilité de détérioration de la bobine 15 est très grande et que le disjoncteur a toutes chances de ne plus pouvoir jouer son rôle de protection. Aux bornes du contact 18 et du détecteur de gradient de courant 13 est disposé un circuit de précharge du filtre principal, circuit constitué par un fusible 25, par un contacteur 26 et par une résistance 27 branchés en série, de manière connue en soi. La bobine de déclenchement rapide 15 reçoit son énergie du condensateur 5, chargé avant toute fermeture du contact 18 du disjoncteur 3 au travers du circuit de précharge 25, 26, 27 La libération del'énergie potentielle emmaganisée dans le condensateur 5 est provoquée par l'allumage du thyristor 12, luiamême assujetti à la présence d'au moins un ordre transmis par le circuit électronique 11 et provenant soit du détecteur de gradient de courant 13, soit du dispositif électronique de commande 10 de l'équipement statique, relié aux sondes 8 et 9. Cette action entraine l'ouverture du contact 18 du disjoncteur en quelques millisecondes. On notera à propos de ce mode de fonctionnement du disjoncteur - que la bobine de déclenchement rapide 15 est alimentée à partir de l'énergie de la haute tension de ligne, énergie qui est disponible en-aval du disjoncteur 3 au moment où celui-ci se ferme ; - que cette énergie est mise en jeu en utilisant l'écreteur ou limiteur de surtension habituellement employé. Le disJoncteur objet de la présente invention trouve notamment ses applications dans le domaine des véhicules à traction électrique tels que : locomotives et automotrices électriques, métro, tramway, trolleybus, etc... LISTE RECAPITULATIVE DES REFERENCES DU SCHEMA M - moteur de traction 1 - pantographe 2 - ligne principale d'alimentation 3 - disjoncteur (ensemble) 4 - inductance de filtrage 5 - condensateur 6 - masse 7 - équipement statique (hacheur) 8 - sonde d'intensité 9 - sonde de tension 10 - dispositif de commande (bloc) 11 - circuit électronique (bloc) 12 - thyristor 13 --détecteur de gradient 14 - résistance limiteur de surtension 15 - bobine de déclenchement 16 - diode 17 - inductance (facultative) 18 - contact du disjoncteur 19 - bobine de maintien 20 - batterie 21 -- contact thermique Cbilame) 22 - contact thermique (fusible) 23 départs des circuits 24 de signalisation 25 - fusible 26 - contacteur - circuit de précharge 27 - résistance REVENDICATIONS 1/ Disjoncteur à déclenchement rapide par haute tension, notamment disjoncteur électromécanique de moteur de traction de matériel roulant de transport, comportant au moins un contact (18) disposé à l'entrée d'une ligne principale d'alimentation (2) et actionné soit par un relais à maximum d'intensité, soit par une bobine de maintien (19) alimentée par une batterie d'accumulateurs (20), soit par une bobine de déclenchement rapide (15) recevant après allumage d'un thyristor de déclenchement (12) l'énergie de décharge d'un condensateur (5), ladite ligne (2) alimentant une inductance de filtrage (4) en série et un condensateur de filtrage (5) en parallèle, ladite ligne (2) alimentant, en outre, en parallèle sur ledit condensateur de filtrage (5) un limiteur de surtension constitué principalement d'une résistance limiteur de surtension (14) et d'un thyristor limiteur de surtension (12), caractérisé en ce que le condensateur de filtrage constitue aussi le condensateur de déclenchement (5), et en ce que le thyristor limiteur de surtension constitue aussi le thyristor de déclenchement (12). 2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre la ligne principale d'alimentation (2) et la masse (6) et en parallèle sur le condensateur de filtrage constituant aussi le condensateur de déclenchement (5), est prévu un circuit comportant en série : la résistance limiteur de surtension (14), le thyristor limiteur de surtension constituant aussi le thyristor de déclenchement (12) et la bobine de déclenchement rapide (15). 3/ Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le circuit précité, la bobine de déclenchement rapide (15) est disposée entre le thyristor limiteur de surtension (12) et la masse (6). 4/ Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le circuit d'alimentation de la bobine de maintien (19) et à proximité de la bobine de déclenchement rapide (15), au moins un contact (21) normalement fermé sensible à la température ambiante et à ouverture commandée par un dépassement d'un seuil de température prédéterminé. 5/ Disjoncteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit contact (21) sensible à la température ambiante est du type bilame donc à refermeture automatique en dessous d'un seuil prédéterminé de température. 6/ Disjonctéur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est prévu, monté en série avec ledit contact (21) sensible à la température ambiante dans le circuit d'alimentation de la bobine de maintien (19), et placé lui aussi, a proximité de la bobine de déclenchement rapide (15), un second contact (22) normalement fermé sensible à la température et à ouverture irréversible commandée par un dépassement d'un deuxième seuil de température, supérieur au premier. 7/ DlsJoncteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit contact (22) sensible à la température et à ouverture irréversible est un fusible thermique. 8/ Disjoncteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'à chacun des contacts thermiques (21, 22) est associé un circuit de transmission de l'information de son état (23, 24) permettant notamment la signalisation d'un défaut temporaire ou définitif. 9/ DisJoncteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'est montée en parallèle avec la bobine de déclenchèment rapide (15) une impédance (17) dérivant une partie du courant qui traverse la résistance (14) et le thyristor (12) limiteurs de surtension. 10/ Disjoncteur selon la revendication 2, 3 ou 9, caractérisé en ce qu'il est prévu une diode (16) de protection du thyristor (12), connectée aux bornes de la bobine de déclenchement rapide (15), et montée en sens inverse du thyristor (12). 11/ Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la gachette du thyristor limiteur de surtension constituant aussi le thyristor de déclenchement (12) est actionnée par un circuit électronique de commande (11) lui-même relié à un détecteur du gradient de courant (13) placé sur la ligne principale d'alimentation (12).