Brevet FR2585178A1 — publié le 19870123

SYSTEME DE GESTION DES CIRCUITS ELECTRIQUES L'inuention se rapporte à un système du type disJoncteur permettant de contrôler et d'intervenir à volonté sur un quelconque des circuits électriques appartenant au système afin d'en assurer la gestion permettant la protection de ces circuits ainsi que la sécurite des utilisateurs. Dans l'état actuel de la technique, la fonction protection des circuits électriques est assurée individuellement, sur chaque ligne, par un système de contacts pouvant etre ouvert thermiquement et/ou magnétiquement en fonction de la surcharge. Le contrôle s'effectue par la surveillance visuelle de l'ensemble des disjoncteurs, chacun signalant son état par un voyant mécanique ou électrique. La gestion s'effectue par une action manuelle ou commandée a distance sur chacun des disjoncteurs pour mettre la ligne en circuit ou hors circuit. Les disjoncteurs statiques permettent une gestion par des techniques modernes (acquisition de données, mémorisation, traitement) mais ils présentent l'inconvénient, au niveau du circuit de commutation, de dissiper une energie qu'il faut évacuer. Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvients en combinant des moyens mécaniques, électromécaniques et électriques. Dans celui-ci, il est possible de surveiller en permanence Zx circuits électriques, d'en interrompre un ou plusieurs s'ils atteignent un seuil critique, de les rétablir automatiquement si le défaut a disparu, d'interrompre ou d'étabir par une action volontaire chacun de ces circuits. Il comporte des moyens mécaniques (contacts) pour assurer la commutation du circuit de puissance. Ces moyens peuvent etre identiques quelle que soit la caractéristique du circuit (pour la clarté du texte, nous appellerons ces moyens "unités de commutation1 > . L'ouverture de chaque unité de commutation s'effectue par dévérouillage électromagnétique sensible à temps de réponse court et de faible consommation, elle peut aussi s'effectuer par les moyens traditionnels réagissant directement sous l'influence du courant du circuit de puissance bilame, par exemple). Le système de dévérouillage peut entre incorporé à l'unité de commutation ou associé au système d'armement.L'unité de commutation incorpore des moyens permettant de mesurer le courant circulant dans le circuit de puissance (capteur de courant, de tension, de champ magnétique etc. > et de signaler Tétant du circuit (ouvert ou fermé). Les unités de commutation nécessaire; à un ensemble sont regroupes sur une barre ou en matrice, cet ensemble de "x" unités de commutation comporte des moyens pour interroger et donner des ordres à chacune des unités de commutation. Un système d'armement omise en circuit des commutateurs), capable dactiver au moins une unité de commutation, est associé à l'ensemble des "x" unités de commutation et peut coopérer avec chacune d'elle.Un système capable de gérer au moins un ensemble de 'x' unités de commutation se compose de circuit; entrée/sortie-contrôle, permettant le dialogue avec chaque unité de commutation, et de mémoires ayant en consigne les paramètres spécifique; à chacun des "x" circuits en fonction de leur affectation. D'autres particularités ainsi que des variantes de réalisation seront mieux comprises à la lecture de la description ci-dessous qui est accompagnée par huit figures parmi lesquelles : -la figure I représente schématiquement une unité de commutation en position de repos (contacts ouverts) conforme à l'invention -les figures 2a et 2b montrent respectivement l'unité de commutation selon la figure 1 dans les positions successives active (contacts fermés) et neutralisée -la figure 3 illustre schématiquement le système d'armement de l'ensemble des unités de commutation suivant les figures I et 2 regroupes en barres ou matrices -la figure 4 schématise le fonctionnement d'un ensemble composé de 1x1 unités de commutation. -la figure 5 illustre schématiquement un mode de réalisation dérivé de celui de la figure 1 dont l'unité de commutation comporte une bilame agissant directement sur le système de verrouillage sous l'effet du courant la traversant. -les figures et a illustrent un mode de réalisation dérive de celui de la figure 3, équipé d'unités de commutation Des éléments d'un boitier isolant contenant le mécanisme sont représentés par 1 à la figure I. Le noyau mobile 2 d'un verrou électromagnétique sensible est maintenu en position repos (non excité) par un ressort 3 qui lui est associé. Un solénoïde 20, lorsqu'il est excité, assure le déplacement,dans le sens ZK", du noyau mobile 2. Un levier d'armement 4 est lie par une articulation 5 à une biellette 6, ellememe liée par une autre articulation 7 à la barrette mobile 8 servant de support isolant au contact double 9. Cet ensemble mobile (barrette-contact) est maintenu éloigné des deux contacts fixes 10 par le ressort il agissant dans la direction wGW jusqu'a amener en appui l'articulation 5 dans un logement approprié 12 appartenant au boitier. L'articulation 7 se déplace dans une rainure 13 du boitier. Le levier d'armement 4 comporte une première butée 14 qui limite sa rotation dans le sens H1 autour du pivot 5 lorsque cette butée est en contact avec l'arête 6' appartenant à la biellette 6. Une deuxième butée 16 limite la rotation du levier dans le sens 'J1 lorsque cette butée vient en contact avec l'arête 6'' appartenant à la biellette 6.Le levier d'armement 4, lorsqu'il est libre de toute contrainte, est rappelé dans le sens H par un ressort 22 fournissant un effort juste capable d'amener la butée 14 en contact avec l'arête 6'. Dans cette position l'arête 15' de la protubérance 15 appartenant au levier 4 permettra le libre mouvement du noyau mobile 2 du verrou sensible. Un doigt 17 porté par la barrette mobile 8 agit sur un interrupteur 18 et le maintient fermé. Un moyen permettant de mesurer le courant circulant dans le circuit est associé à l'unité de commutation, il est schématisé par une boucle 19 entourant la borne de raccordement 10' supportant un des contacts fixes 10. Les bornes de l'interrupteur 18, celles de la boucle de mesure du courant 19 et celles du solénolde 20 sont regroupées dans un dispositif 21 (digitaliseur, par exemple) permettant le dialogue entrée/sortie avec l'ensemble éléctrique de gestion. La flèche F" symbolise la position d'un barreau du système mécanique d'armement decrit en figure 3 lorsque celui-ci est au repos. Dans cette position la flèche "F" laisse libre le levier d'armement 4. La figure 2a montre l'unité de commutation en position Uactivéefl, la flèche FX s'est déplacée au-delå de la position *F1" correspondant à une position du levier 4, caractérisée par l'alignement des points 15', 5 et 7. Au cours de cette manoeuvre, l'effet de déplacement de 'F" agit sur le bras du levier 4 et l'oblige à prendre appui par son arete 15' sur le verrou sensible 2, lequel interdit à la protubérance 15 d'échapper à la rampe de verrouillage 34 appartenant au boitier, provoquant ainsi la rotation du pivot 5 pour l'amener à couper l'axe passant par l'arête 15' et l'articulation 7.Au cours de cette manoeuvre, le pivot 5 provoque le déplacement de la biellette 6 qui entraine par l'intermédiaire du pivot 7 la barrette mobile 8 supportant le contact double 9 jusqu'à l'amener en appui sur les contacts fixes 10 assurant ainsi la fermeture du circuit. Dans sa course, le doigt 17 a provoque l'ouverture de l'interrupteur 18 signalant que l'unité de commutation est en position active. Lorsque le pivot 5 a franchi l'axe passant par 15'et 7 il est entrainé dans le sens "L" sous l'effet du ressort il jusqu'à ce que la butée 16 limite sa rotation en prenant appui sur l'arête 6" appartenant à la biellette 6. L'unité de commutation se trouve ainsi dans un état stable activé (contacts établis) et le barreau du système mécanique d'armement peut revenir à sa position de repos XF. Si dans cette position une impulsion électrique est envoyée au solénolde 20, le verrou sensible 2 sera brutalement rappelé dans le sens 'K', liberant l'arête 15' du levier 4 qui permettra, sous l'effet du ressort 11, la dissociation du contact mobile 9 des contacts fixes 10, provoquant l'ouverture du circuit principal et la fermeture de l'interrupteur 18. Le levier 4, libéré et rappelé par le ressort 22, prendra sa position initiale. Le verrou sensible 2, n'étant plus attiré dans le sens *K", viendra reprendre sa position de verrouillage en regard de l'arête 15' ; l'unité de commutation se trouvera en position repos comme représenté selon la figure 1. La figure 2b montre l'unité de commutation en position 'neutralisée'. Dans cette configuration le verrou sensible 2 a été rappelé dans le sens K par le solénoïde 2G recevant une impulsion électrique juste avant que le barreau du système mécanique d'armement se déplace de F en F1, permettant ainsi à la protubérance 15 d'échapper à la rampe de vérouillage 34.Lors de ce déplacement,le barreau entraine le levier 4, et l'arête 15' de celuici ne trouvant pas l'appui du verrou sensible 2, il sJarticule autour du pivot 5 sans provoquer son déplacement et par conséquence sans action sur le contact mobile 9 ni sur l'interrupteur 18 de signalisation. Lorsque le barreau du système mécanique d'armement sera revenu en position F, le levier 4 aura suivi son mouvement, rappelé par le ressort 22 et I l'impulsion électrique sur le solénolde 20 cessera, libérant le verrou sensible 2 qui reprendra sa position initiale en regard de l'arête 15' du levier 4, retrouvant ainsi la configuration de la figure 1. Pour faciliter-la lecture des figures 1, 2a et 2b, le verrou 2 dit 'sensible' a été représenté schématiquement. Dans la realité, il est conçu de façon à ne pas supporter en direct les efforts du ressort il et à procurer la qualité de sensibilité qui lui est attribuee. De meme, le contact mobile 9 doit être lié élastiquement aux pièces qui le déplacent pour assurer une force de contact connue et absorber les variations du système mécanique qui le manoeuvre. La figure 3 represente schématiquement le système d'armement de l'ensemble de 'x' unités de commutation 24, 24', 24'' etc. (dans le cas présent : 24 et 24' en position repos, 24'' en position activee) telles que décrites sur les figures 1, 2a et 2b. Ces unités sont regroupée; en matrices. Ce système est composé d'une grille rigide 25 comportant autant de barreaux 25', 25'', 25''' etc. qu'il y a d'unités de commutation. Cette grille 25 comporte des moyens de guidage (non représentés sur la figure) lui permettant de se déplacer de manière à ce que chacun des barreaux 25', 25'', 25"' etc. soit en mesure de coopérer avec le levier 4 de chacune des unités (24, 24', 2 4" etc. La grille 25 est maintenue au repos en contact contre une butée 26 par le moyen élastique 33 de manière à ce que chacun des barreaux se trouve dans la position 'F' par rapport à chacun des leviers 4 de toutes les unités de commutation. Les moyens d'assemblage des unités de commutation par rapport à la grille ne sont pas décrits.La grille 25 est commandée par un électro-aimant 27, suivant le sens de la flèche "F2', éloignant la grille desa butée 26 et lui faisant parcourir une course permettant d'amener tous les leviers 4 de chacune des unités de commutation dans la position WF1", representee sur les figures 2a et 2b. L'electro-aimant devra développer une force au moins capable d'activer une unité de commutation et de déplacer tous les leviers 4, moins un, des unités de commutation en position neutralisée représentée en figure 2b. La figure 4 schématise le système de gestion d'une matrice telle qu'elle vient d'être décrite et dans laquelle les rectangles 21', 21'', 21"' etc. représentent le dispositif 21 permettant le dialogue de chacune des unité; de commutation. Ces dispositifs sont interconnectés, par une barre bus 28, au système de gestion centralisée 29. Ce système de gestion comprend : une mémoire ayant en consigne les paramètres spécifiques à chacune des unités de commutation en fonction de leur affectation on des circuits entrée/sortie vers les unités de commutation au travers de la barre bus 30 et vers l'extérieur 31 ; un circuit de commande 32 de l'electro-aimant 27 actionnant la grille.Ce système de gestion peut être obtenu par un microprocesseur ayant les caractéristiques appropriées. En fonctionnement, le système de gestion, par-l'intgrmédiaire de la barre bus 28, interroge, à tour de rôle, chaque unité de commutation pour en connaltre l'état et, si elle est activée, connattre la valeur du courant circulant dans le circuit de puissance. Le cycle d'exploration s'effectue dans un temps inférieur à celui que peut accepter un circuit de puissance en cas de défaut majeur court circuit) avant d'etre interrompu dans des conditions normales de sécurité. Le systeme de gestion a en mémoire les paramètres du temps en fonction du courant pour chaque unité de commutation, s'il constate sur une unité de commutation que la valeur temps/courant déborde des limites consignées, il enverra une impulsion au solénolde 20 commandant le verrou sensible 2 de l'unité de commutation correspondante provoquant ainsi la séparation des contacts 9,10. Il pourra envoyer l'information du défaut vers l'extérieur par la barre bus 31, sur un ecran de contrôle, par exemple. I1 pourra, s'il en reçoit l'ordre par l'extérieur ou s'il en a la consigne dans sa mémoire, réactiver l'unité de commutation en envoyant une impulsion au solénolde actionnant l'électro-aimant de la grille d'armement 25.Pour cela, le système de gestion aura en consigne la neutralisation de toutes les autres unités de commutation non activées et, s'il est nécessaire d'activer plusieurs unités, l'action s'effectuera unité par unité suivant un ordre prédétérminé. Dans le cas extrême de toutes les unités en position non activées (position ouverte), on procédera à l'activation en agissant en cascade. Pour activer la première unité, on actionnera tous les électros de verrouillage 2 des autres unités et on enverra une impulsion au solénolde actionnant la grille d'armement 27 qui activera cette unité. Les leviers 4 de toutes les autres unités seront sollicites, mais en l'absence du verrou 2 l'effort à vaincre sera seulement celui de tous les ressorts de rappel 22 de valeur négligeable.Ainsi l'effort demandé à l'électro de réarmement 27 sera à peine supérieur à l'effort nécessaire pour verrouiller une unité. Ensuite on actionnera les électros dé verrouillage 2 de toutes les unités non armées, sauf l'éléctro de la deuxième unité à activer, et ainsi de suite. Dans un mode de realisation représente en position activé à la figure 5 et od les mêmes repères signalent les memes fonctions, la pièce 19' réalisée dans un matériau bimétallique est solidaire, par son extrémité 35, du support contact fixe 10', et son extrémité libre 36 est raccordée à un conducteur souple 37, luimeme relie à la borne de connexion 10"de manière à ce que le courant circulant dans le circuit principal traverse la bilame 19' dont l'extrémité libre 36 se déplacera dans le sens "Kg d'une valeur fonction du courant. L'extrémité libre coopérera avec un pion 38 solidaire du verrou sensible 2, l'ensemble etant réglé de manière à assurer le dévérouillage de la protubérance 15 pour une valeur de courant préétablie. Suivant cette réalisation, chaque unité de commutation est équipée d'une bilame 19' correspondant au calibre du circuit qui lui est associé. Ainsi le système de gestion est simplifie car il ne comporte pas, en mémoire centrale, les paramètres tempsScourasst de chaque unite ainsi que leurs moyens de surveillance associés; L'ensemble électro 20 et son verrou sensible 2 seront utilises gour assurer la neutralisation de l'unité, comme représenté sur la figure 2b, lors des opérations d'armement et pour ouvrir le circuit 9, 10 sur un ordre extérieur. Le mode de réalisation représenté par les figures 6 et 6a suivant l'invention combine des unités de commutation connues du type wpoussé-poussé dont l'armement s'éffectue par un premier effort suivant 'M' exerce sur le bouton de commande 39 et l'ouverture s'effectue par un deuxième effort de même nature. Ce type d'unité de commutation comprend un système d'ouverture automatique du circuit en cas de défaut et un moyen de signalisation 18 de son etat. Le levier de commande 4' affecté à chaque unité pivote sur une articulation fixe 40 solidaire du support recevant les unités. Le bras 41 appartenant au levier 4' coopere avec le bouton de commande et le bras 42 reçoit l'effort de F en F1 produit par le mécanisme commun 25, 26, 27, 33 et transmis par le noyau 2' du verrou électomagnétique 20' lorsqu'il est excite . la grille 25 porte autant de verrous électromagnétiques qu'il y a d'unités de commutation, chaque verrou 20' est fixé sur la grille de manière à assurer la cooperation du noyau 2', seulement lorsqu'il est excité, avec le bras 42 appartenant au levier 4' de l'unité de commutation correspondante. Suivant cette réalisation, la fermeture ou l'ouverture d'une unité s'effectue en activant le noyau 2' du verrou 20' correspondant et en actionnant la commande de la grille 25 par l'électro-aimant 27. REVENDICATIONS 1- Système de gestion de circuits électriques comportant wxZ unités de commutation électromécaniques ayant chacune un organe de commande et dont l'ouverture est automatique lors de l'apparition d'un défaut, caractérisé en ce que l'ensemble du système comporte - "x" unités de commutation (24), chacune affectée à un verrou sensible (2) électromagnétique permettant d'inhiber le armement provoquant la fermeture d'au moins un couple de contacts électriques t9,10) et munie d'un moyen electrique (18) de signalisation de l'état1 ouvert ou fermé. - un mécanisme commun (25) activé par un moteur électromagnétique (27), capable de coopérer avec chacune des 1x1 unités de commutation (24) pour en provoquer le réarmement. - un ensemble électrique de gestion (28,29,30,32), comprenant des moyens permettant le dialogue avec chacune des unités de commutation, associés à une mémoire et pouvant donner des ordres au verrou sensible (2) de chacune d'elle ainsi qu'au mécanisme commun de réarmement (25). 2- Système de gestion des circuits electiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité de commutation t24) comporte un levier de manoeuvre t4) soumis à l'action du mécanisme commun (25) se déplaçant de F en F1 et l'obligeant à pivoter, soit autour de sa protubérance (15) dont le déplacement est limité par l'appui de l'arête (15') contre des moyens coopérant avec le verrou sensible (2) lorsqu'il n'est pas activé et provoquant le déplacement du contact mobile (9) jusqu'à le mettre en appui sur le contact fixe (10), soit autour de son articulation (5) lorsque la protubérance (15) est libérée dans son déplacement par l'activation du verrou sensible (2) et ne provoquant pas le déplacement du contact mobile (9), ce levier de manoeuvre est maintenu en position de repos par une force 3- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 2, caractérisé en ce que le levier de manoeuvre (4) est lié au contact mobile (9) par une biellette (6) articulée à ses extrémités (5,7) de façon a ce que l'axe de l'articulation (5) traverse, dans le sens (L), l'axe passant par l'arête (15') et l'axe de l'articulation (7) lorsqu'il pivote autour de sa protubérance (IY) et provoque ainsi un effet de genouillère, limité d'une part par le guidage de l'articulation 4- Système de gestion des circuits électriques selon les revendications 2 et3, caractérisé en ce que le levier de manoeuvre (4) coopère avec une rampe fixe (34) de profil approprié, limitant le déplacement de la protubérance (15) lorsque le verrou t2) n'est pas activé et la libérant lorsque ce même verrou est activé, pour en permettre, sous l'effet du déplacement de F en FI, la rotation autour de l'articulation (5) et le retour en position de repos par le couple 5- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que toutes les unités de commutation (24) sont identiques et comprennent des moyens (19) permettant de mesurer le courant circulant dans le circuit et de transmettre la valeur à l'ensemble électrique de gestion. 6- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme commun (25) est une grille à une ou plusieurs rangées de barreaux (25', 25'', 25"' etc.) maintenue au repos contre une butée (26) par un moyen élastique (33) de manière à ce que chacun des barreaux soit dans une position libérant l'organe de commande (4), au repos, de l'unité de commutation t24) correspondante, cette grille (25) sera mue par le moteur électromagnétique t27) capable d'assurer l'armement d'au moins une unité de commutation jusqu'au-delà de la position F1. 7- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électrique de gestion (29) a en consigne les instructions lui permettant de neutraliser toutes les unités (24) non armées sauf celle pour laquelle l'armement est ordonné, et exécuté par l'action du moteur électromagnétique (27). 8- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électrique de gestion (28,29,30,32) comportera des moyens (31) de dialogue pour informer vers l'extérieur, au-delà du système , et pour recevoir des instructions prioritaires sur les instructions mémorisées. 9- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble électrique de gestion aura en mémoire les paramétres temps/courant en fonction du calibre de chacun des circuits des wx unités de commutation (24) et pourra ordonner l'ouverture d'un circuit en activant le verrou sensible (2) de l'unité dont les paramétres temps/courant auront dépassé les valeurs consignées dans la mémoire. 10- Système de gestion des circuits électriques selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce qutun élément (19'), parcouru par le courant du circuit principal et se déformant sous son effet, asservit le verrou sensible t2) jusqu'à dévérouiller la protubérance tel5) provoquant l'ouverture du circuit (9, 10) lorsque la valeur de courant dépasse les limites admises. 11- Système de gestion des circuits électriques selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque unité de commutation (24) est un disjoncteur de type connu muni d'un contact (18) de signalisation d'état et commandé par une action agissant sur le poussoir (39) suivant (M) et provoquant alternativement l'état circuit ouvert et circuit fermé, chaque unité (24) est associée à un levier d'armement 4' capable de provoquer la commande du poussoir (39) lorsque le noyau (2') du verrou électomagnétique (20') est activé et que le moteur (27) provoque le déplacement de la grille (25), cette dernière comporte un verrou électromagnétique (20') associé à chaque levier d'armement (4') de manière à coopérer avec ce dernier seulement lorsque le noyau (2') est activé.