Brevet FR2553930A1 — publié le 19850426

t4ECANISME REVERSIBLE DE COMMANDE D'UN DIS3ONCTEURt LIt TEUR MULTIPOLAIRE. L'invention est relative à un mécanisme de commande d'un disjoncteur multipolaire à boltier isolant moulé comprenant - un dispositif à genouillère associé à un levier de déclenchement automatique et à un barreau de commutation, ce dernier étant commun à l'ensemble des bras de contact des différents piles, - un ressort d'énergie agencé entre l'axe de la genouillère et une manette d'actionnement manuel du méca nisme, - un verrou coopérant avec une barre de déclenchement susceptible d'occuper une position de repos ou une position déclenchée pour assurer respectivement le verrouillage et le déverrouillage du levier de déclenchement, - chaque pôle comprenant des moyens de déclenchement temporisé du mécanisme après rotation de la barre de déclenchement vers la position déclenchée, lorsque l'intensité du courant de défaut dépasse un premier seuil prédéterminé, et des moyens d'ou ouverture électrodynamique du bras de contact correspondant, lesdits moyens d'ouverture étant rendus instantanément actifs lorsque l'intensité du courant du pôle dépasse un deuxième seuil supérieur au premier. Selon un mécanisme connu du genre mentionné, l'apparition d'un courant de court-circuit provoque dans une première phase l'ouverture rapide, notamment par répulsion électrodynamique, des contacts du pôle en défaut, et dans une deuxième phase le déclenchement du mécanisme piloté par les moyens de déclenchement temporisé. La rotation du barreau de commutation pour l'ouverture définitive des contacts intervient uniquement durant la deuxième phase après déverrouillage du levier de déclenchent par le verrou. Le barreau reste immobile pendant la première phase de ré- pulsion électrodynamique. Seul, le bras de contact du pole n défaut s'ouvre, les contacts des autres pôles restant fermés durant cette première phase. I1 est essentiel que la rotation du barreau pour la confirmation de l'ouverture du disjoncteur intervienne avant la retombée du bras de contact vers la position de fermeture. Le défaut de coordination entre les deux phases est dû principalement au maintien du barreau en position de fermeture durant la première phase de répulsion et peut provoquer des battements des contacts et une usure prématuréc du disjoncteur. L'invention a polir but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un mécanisme réversible fiable pour disjoncteur limiteur. Le mécanisme selon l'invention est caractérisé en ce que le bras de contact de chaque pôle coopère avec le dispositif à genouillère pour entraîner à rotation le barreau de commutation dans le sens d'ouverture après l'entrée en action desdits moyens d'ouverture rapide du pôle en défaut de manière à autoriser la séparation des contacts de tous les pôles avant le déverrouillage du levier de déclenchemcnt par le verrou. La réversibilité du mécanisme par rotation du barreau pendant la prcmière phase d'ouverture électrodynamique accé- 1ère le temps de déclenchement pour confirmer l'ouverture définitive du disjoncteur. La rotation du barreau avant l'intervention du déclencheur est rendue possible grâce à la déformation de la genouillère dont l'angle de décalage des biellettes est compris en position de fermeture entre 10 et 20 degrés. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le barreau est équipé au niveau de chaque pôle d'un organe d'entrainement disposé en un endroit prédéterminé de la course d'ouverture électrodynamique du bras de contact correspondant, le début de la rotation du barreau intervenant lors de la venue en butée du bras de contact contre l'organe. L'axe de pivotement des bras de contact coincide avec l'axe de rotation du barreau. Il en résulte une même trajectoire circulaire des bras indépendamment du mode d'ouverture des contacts, c'est-à-dire par répulsion électrodynamique ou par l'actionnement par le barreau'. suite à une ouverture manuelle ou à un déclenchement automatique. L'extrémité opposée au contact mobile du bras de contact de chaque pôle est logée dans une encoche du barreau, et est maintenue au fond de l'encoche par un ressort de traction. L'axe de pivotement du bras de contact se limite ainsi à un simple point d'appui du bras de contact au fend de l'encoche en forme de V du barreau. Selon un deuxième mode de réalisation, les organes d'entrainement du barreau sont supprimés, la rotation du barreau sur répulsion électrodynamique intervenant au moyen d'un couple approprié. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe du disjoncteur équipé du mécanisme réversible selon l'invention, le disjoncteur étant en position fermée; - la figure 2 est une vue schématique du mécanisme de la fig. 1, suite à une ouverture électrodynamique d'un pôle et en position armée du levier de déclenchement; - les figures 3 et 4 sont des vues similaires à échelles réduites de la fig. 1, respectivement après une ouverture manuelle ou un déclenchement automatique du mécanisme. Sur les figures 1 à 4, un disjoncteur limiteur tripolaire basse tension comporte un boitier 10, parallélépipédique en matériau isolant moulé renfermant un mécanisme de manoeuvre, désigné par le repère général 12. Les trois pôles sont logés dans des compartiments juxtaposés situés dans la partie inférieure du bottier 10 et le mécanisme 12 est disposé au-dessus du pôle central dans la partie supérieure du boStier 10. Chaque pôle comporte une paire de contacts 14, 16 séparables, une chambre d'extinction d'arc 18 et un déclencheur magnétothermique 20. Le contact fixe 14 est porté par un conducteur 22 d'extrémité prolongé extérieurement par une première plage de contact 24 faisant saillie de la face latérale ?5 du bottier 10. Le contact mobile 16 est agencé à l'extrémité d'un bras de contact 26 vertical solidarisé par un ressort 27 dc traction à un barreau 28 de commutation commun aux trois pôles. Le barreau 28 en matériau isolant moulé sert de support aux trois bras de contact 26 et est monté à rotation limitée entre les positions d'ouverture et de fermeture du disjoncteur en s'étendant transversalement au-dessus des pôles dans la partie supérieure du boltier 10 selon une direction perpendiculaire aux bras de contact 26 mobiles. La chambre d'extinction d'arc 18 est constituée par un empilage de séparateurs métalliques ou tôles de désionisation 30 s'étendant perpendiculairement au fond 32 du bottier 10. L'extrémité de chaque bras de contact 26, située à ltopposé du contact mobile 16, est logée dans une encoche 100 en V du barreau 28 et est maintenue au fond de l'encoche 100 par le ressort 27 de traction de manière à constituer un point P d'articulation du bras 26. L'axe de rotation du barreau 28 de commutation coïncide avec le point P d'articulation de chaque bras de contact 26. La deuxième plage de contact 34 de chaque pôle sort de la face latérale 36 opposée du bottier 10, et est connectée électriquement au déclencheur magnétothermique 20, ce dernier étant agencé entre la chambre d'extinction d'arc 18 et la face latérale 36. La liaison électrique du bras de con tact 26 avec la deuxième plage de contact 34 s'effectue au moyen d'un conducteur souple formé par une tresse 38, entourée par une gaine isolante non représentée. L'isolation de la tresse 38 constitue une isolation fonctionnelle du mécanisme 12 par rapport aux parties actives de chaque pôle. Le mécanisme 12 est monté au-dessus du pôle central, entre deux platines 40, 42 espacées s'étendant parallèlement dans la direction longitudinale d'alignement des plages de cortact 24, 34. Le barreau de commutation 28 est actionné par l'intermédiaire d'une genouillère 44 comprenant une biellette inférieure 46 et une biellette supérieure 48 articulées sur un axe de pivotement 50. La genouillère 44 coopère d'une part avcc une manette 52 de commande manuelle faisant saillie d'une ouverture 53 du couvercle 54, et d'autre part avec un crochet ou levier de déclenchcment 56 automatique monté à pivotement sur un pivot 58. La biellette inférieure 46 est accouplée mécaniquement à un point 61 du barreau de commutation 28 et la biellette supérieure 48 est articulée sur un axe 60 du levier de déclenchement 56.La liaison mécanique entre la genouillère 44 et la manette 52 s'effectue de manière élastique au moyen d'un ressort de traction 62 dont l'une des extrémités est ancrée à l'axe de pivotement 50 de la genouillère 44 et dont l'autre extrémité est accrochée à une patte 63 solidaire de la manette 52. A l'opposé du pivot 58, le levier de déclenchement 56 comporte un nez d'accrochage 64 coopérant en position armée avec un verrou 66 d'une barre de déclenchement 68 en maté riaj isolant, commune aux trois pôles. La barre de déclenchement 68 s'étend au-dessus du déclencheur magnétothermique 20 de chaque pôle selon une direction parallèle au barreau de commutation 28, et est montée à rotation limitée entre une position armée de verrouillage du nez d'accrochape 64 du levier 56 par le verrou 66 et une position déclenchée libérant le levier 56 par déverrouillage du verrou 66.Le passage de la position armée à la position déclen chée de la barre 68 rotative s'opère dans le sens horaire et est piloté soit par le déclencheur magnétothermique 20 en présence d'un courant de surcharge ou de court-circuit, soit par un déclencheur auxiliaire notamment un relais à manque de tension de manière à provoquer le déclenchement automatique du mécanisme 12 et l'ouverture des contacts 14, 16 des trois pôles par rotation du barreau de commutation 28 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Le verrou 66 de la barre de déclenchement 68 est sollicité en position armée par un ressort de rappel (non représenté). La manette 52 est dotée d'une embase 70 allongée située à l'intérieur du boitier 10 entre le mécanisme 12 et le couvercle 54. La face inférieure 72 incurvée de l'embase 70 prend appui sur un organe fixe de guidage 73 formé par les chants supérieurs des deux platines 40, 42 du mécanisme 12 avec interposition de deux rouleaux 74, 76. Chaque platine 40, 42 est équipée de deux rampes 78;80 curvilignes ou inclinées sur lesquelles roulent les rouleaux 74, 76 au cours du déplacement de la manette 52. Les caractéristiques dimensionnelles des rampes 78, 80 permettent de détcrminer avec précision le rayon de la cours c et le point M de pivotement de la manette 52, le point M étant la trace d'un axe de rotation fictif situé au voisinage du fond 32 du boltier 10. L'axe de pivotement 50 de la genouillère 44 se déplace le long d'une came 104 du chant inférieur incurvé du levier de déclenchement 56, ledit chant étant agencé entre le pivot 58 et le nez d'accrochage 64 à l'opposé de l'axe 60 d'articulation de la biellette supérieure 48. La came 104 du levier 56 est délimitée par deux encoches 106, 108 servant de butées à l'axe 50 de la genouillère 44 lorsque les contacts 14, 16 des pôles se trouvent respectivement en position de fermeture et d'ouverture. Le conducteur 22 d'amenée de courant au contact fixe 14 de chaque pôle forme avec le bras de contact 26 une boucle de répulsion en forme de U. Le barreau 29 de commutation est doté au niveau de chaque pôle d'un organe d'entrainement 110 forme par un taquet fixe contre lequel vient buter le bras de contact 26 correspondant lors d'une répulsion électrodynamique des contacts 14, 16. En position de fermeture du disjoncteur (fig. 1), l'axe 50 de la genouillère 44 est positionné dans l'encoche 106 de la came 104, et le levier de déclenchement 56 est verrouillé par le verrou 66. Dans cette position, le point mort d'alignement des axes 60, 50, 61 de la genouillère 44 n'est pas dépassé, la biellette supérieure 48 et la biellette inférieure 46 étant décalées angulairement l'une de l'autre d'un angle -igud, compris de préférence entre 10 et 20 degrés. L'organe d'en tracement 110 du barreau 28 interfère avec le bras de contact 26 associé en un endroit prédéterminé de la course de répulsion de ce dernier. L'angle des biellettes 46, 48 est légèrement supérieur à l'angle de frottement de manière à autoriser une déformation de la genouillère 44 (fig. 2) lors d'une répulsion électrodynamique. Il en résulte une réversibilité du mécanisme 12 autorisant la rotation du barreau 28 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et la séparation des contacts 14, 16 de tous les pôles avant la libération du levier de déclenchement 56 par déverrouillage du verrou 66. Le fonctionnement du mécanisme 12 réversible selon les figures 1 à 4 est le suivant La figure 2 indique schématiquement les différentes positions occupées par la manette 52 pivotante lors d'une commande manuelle ou d'un déclenchement automatique sur défaut uu mécanise 12 - position F de fermeture des contacts du disjoncteur, - position O/D d'ouverture des contacts suite à un déclen chement automatique sur défaut, - position P m 0 non stable correspondant au point mort d'ouverture du mécanisme 12, - position O d'ouverture manuelle des contacts, - position R de réarmement du mécanisme 12. En position F de fermeture de la manette 52 (fig. 1), les contacts 14, 16 de tous les pôles sont fermés, et la barre de déclenchement 56 est verrouillée en position armée par le verrou 66. L'axe 50 de la genouillère 44 est positionné dans la première encoche 106 de la came 104, et se trouve légèrement à droite de la direction d'alignement de l'axe 60 de la biellette supérieure 48 et du point 61 d'articulation de la biellette inférieure 46 au barreau 28. La ligne d'action du ressort de traction 62 est située à gauche de la direction d'alignement de l'axe 60 et du point 61 de la genouillère 44. L'ouverture manuelle du disjoncteur (fig. 3), intervient par actionnement de la manette 52 depuis la position F jusqu'à la position 0 provoquant le passage à droite de la ligne d'action du ressort 62 lorsque la manette dépasse la position P m O du point mort d'ouverture du mécanisme 12. Le levier de déclenchement 56 reste immobile en position armée, et l'axe 50 de la genouillère se déplace jusqu'à sa venue en butée avec la deuxième encoche 108. Le blocage de la genouillère 44 par le levier de déclenchement 56 empêche ensuite la rotation poursuivie du barreau 28 et des bras de contact 26 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. L'apparition d'un courant de surcharge dont l'intensité est supérieure au seuil de déclenchement du déclencheur 20 et inférieure au seuil de répulsion des contacts provoque le déclenchement du mécanisme 12 (fig. 4). Le déverrouillage du verrou 66 par la barre de déclenchement 68 libère le nez d'accrochage 64 du levier de déclenchement 56 entrainant le pivotement dans le sens inverse. d'une montre du levier 56 autour du pivot 58. La manette 52 est entrainée par la genouillère 44 de la position F vers la position O/D inter médiaire. L'axe 50 de la genouillère 44 est engagé dans la deuxième encoche 108 de la came 104, et la genouillère 44 suit le mouvement du levier de déclenchement 56 (fig. 4) vers la position désarmée.Il en résulte que la course d'ouverture des bras de contact 26 à la suite d'un déclenchement est plus grande que celle intervenant lors d'une ouverture manuelle. Cette augmentation de la course du barreau 28 et des bras de contacts 26 (fig. 4) en cas de déclenchement sur défaut permet d'améliorer le pouvoir de coupure du disjoncteur. La réversibilité du mécanisme 12 est due à la rotation du barreau 28 suite à une répulsion électrodynamique des contacts 14, 16 d'un pôle parcouru par un courant de court-circuit important. La figure 2 montre différentes phases de la répulsion électrodynamique avant l'intervention du déclencheur 20 sur le verrou 66. La position 1 du bras de contact 26 correspond à la fermeture des contacts 14, 16 en l'absence de courant de défaut. La répulsion électrodynamique des contacts 14, 16 s'opère dès que l'intensité du courant dépasse le seuil de répulsion. Le bras de contact 26 du pôle en défaut se déplace rapidement dans le sens d'ouverture (flèche f1) jusqu'à sa venue en butée (position 2) contre l'organe d'entrainement 110.Cette course initiale de ré- pulsion du bras de contact 26 entre les positions 1 et 2 n'a aucun effet sur le barreau 28 et les autres organes du mécanisme 12 qui restent immobiles. Le mouvement poursuivi de pivotement du bras de contact 26 vers la position 3 est alors transmis au barreau 28 par l'intermédiaire de l'organe d'entrainement 110 il en résulte une séparation rapide des contacts 14, 16 des trois pôles avant le déverrouillage du levier de déclenchement 56 par le verrou 66. La rotation du barreau 28 est possible grâce à la déformation vers la droite de la genouillère 44 dont l'angle oL des biellettes 46, 48 est supérieur à l'angle de frottement. La position en traits mixtes de la genouillère 44 correspond à la position 3 du bras de contact 26.On remarque que dans cette position, la ligne d'actinn du ressort 62 est toujours si- tuée à gauche de la direction d'alignement de l'axe 60 et du point d'articulation 61, et la manette 52 reste immobile en position F. Le couple exercé sur le barreau 28 par le ressort de traction 27 du bras de contact 26 permet d'accélerer la répulsion et peut diminuer en fin de course de répulsion, de manière à ralentir la retombée des bras de contact mobiles vers la position 1 de fermeture. L'ouverture dcs contacts 14, 16 de tous les pôles par ré- versibilité du mécanisme 12 est ensuite confirmée par le déclenchement du levier 56 libéré par le verrou 66 (flèche f2, fig. 2) en position déclenchée de la barre 68. La manette 52 occupe alors la position O/D intermédiaire montrée à la figure 4. Le réarmement du disjoncteur s'effectue de manière classique par un déplacement manuel de la manette 52 dans le sens horaire depuis la position O/D jusqu'à la position R du réarmement voisine de la position 0 de manière à assurer l'accrochage du levier de déclenchement 56 au verrou 66. La fermeture des contacts du disjoncteur (fig. 1) s'opère ensuite par une rotation inverse de la manette 52 actionnée manuellement vers la position F. Selon une variante de réalisation (non représentée), le taquet d'entrainement 110 du barreau 28 est supprimé au niveau de chaque pôle, le ressort de traction 27 associé au bras de contact 26 étant agencé pour tirer sur le barreau 28 avec un couple qui croIt avec le débattement du bras de contact 26. La coïncidence de l'axe de rotation du barreau 28 avec le point P d'articulation de chaque bras de contact 26 entraine une meme trajectoire circulaire des bras 26, indépendamment du mode d'ouverture des contacts, etest-à-dire: - par répulsion électrodynamique - et par l'actionnement du barreau 28 suite à une ouverture manuelle ou à un déclenchement automatique du mécanisme 12. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équiva lences électrotechniques. REYEtIDICATIOtJS 1. Mécanisme de commande d'un disjoncteur multipolaire à boitier isolant moulé, comprenant - un dispositif à genouillère (44) associé à u levier de déclenchement (56) automatique et à un barreau (28) de commutation, ce dernier étant commun à l'ensemble des bras de contact (46) des différents pôles, - un ressort (62) d'énergie agencé entre l'axe (50) de la genouillère (44), et une manette (52) d'actionnement manuel du mécanisme (12), - un verrou (66) coopérant avec une barre de déclenchement (68) susceptible d'occuper une position de repos ou une position déclenchée pour assurer respectivement le verrouillage et le déverrouillage du levier de déclenchement (56), * - chaque pôle comprenant des moyens de déclenchement (20) temporisé du nécanisme après rotation de la barre de déclenchement (68) vers la position déclenchée lorsque I'intensité du courant de défaut dépasse un premier seuil prédéterminé, et des moyens d'ouverture électrodynamique du bras de contact (26) correspondant, lesdits.moyens d'ouverture étant rendus instantanément actifs lorsque l'intensité du courant du pôle dépasse un deuxième seuil supérieur au premier, caractérisé en ce que le bras de contact (26) de chaque pôle coopère avec le dispositif à genouillère (44) pour. entraineren rotation le barreau (28) de commutation dans le sens d'ouverture après l'ertrée en traction desdits moyens d'ouverture rapide du pôle en défaut, de manière à autoriser la séparation des contacts de tous les pôles avant le déverrouillage du levier de déclenchement (56) par le verrou (66). 2. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel le dispositif à genouillère (44) comporte une biellette inférieure (46) accouplée au barreau (28) et une biellette supérieure (48) articulée au levier de déclenchement (56) automatique, caractérisé en ce que les deux biellettes (46,48) de la genouillère (44) sont décalées par rapport à l'axe (50) d'un angle prédéterminé dont la valeur en position de fermeture du mécanisme (12) est su périeure à l'angle de frottement, de manière à autoriser la déformation de la gcnouillère (44) et la rotation du barreau (28) lors de l'intervention desdits moyens d'ouverture rapide du pôle en défaut. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de l'angle de décalage des biellettes (46,48) de la genouillère (44) est comprise dans une fourchette située entre 10 et 20 degrés. 4. Mécanisme selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le barreau (28) est équipé au niveau de chaque pôle d'un organe d'entrainement (;10) disposé en un endroit prédéterminé de la course d'ouverture électrodynamique du bras de contact (26) correspondant, le début de la rotation du barreau (28) intervenant lors de la venue en butée du bras de contact (26) contre l'organe (110) sous l'effet de l'énergie électrodynamique développée lors de la coupure. 5. Mécanisme selon l'une des revendications 1 à 4, caractéris en ce que les moyens d'ouverture électrodynamique du bras de contact (26) de chaque pôle, sont formés par une boucle de répulsion électrodynamique des contacts (14,16), et que l'axe de pivotement du bras de contact (26) coïncide avec l'axe de rotation du barreau (28). 6. Mécanisme selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité opposée au contact mobile (16) du bras de contact (26) de chaque pôle est logée dans une encoche (100) du barreau (28), et est maintenue au fond de l'encoche (100) par un ressort (27) de traction, qui sert en même temps à assurer la pression du contact (16) sur le contact fixe (14). 7. Mécanisme selon la revendication 6, dans lequel le bras de contact de chaque pôle présente une forme coudée, caractérisé en ce que l'une des extrémités du report de traction (27) est ancrée au voisinage de la partie médiane du bras de contact (26) et que l'autre extrémité est accrochée à une protubérance du barreau (28). 8. Mécanisme selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le ressort de traction (27) est agencé pour tirer sur le barreau (28) avec un couple qui varie avec le débattement du bras de contact (26) lors d'une répulsion électrodynamique. 9. Mécanisme selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le couple d'entrainement du barreau (28) augmente de manière à dépasser en un point prédéterminé de sa course, le couple de déformation de la genouillère (44).