Brevet FR2574585A1 — publié le 19860613

J Les dispositifs de déclenchement statiques tels ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis n 4 266 259 in- titulé "Dispositif de traitement de signal de surintensité de longue durée et de faible durée pour des dispositifs de déclenchement statiques de disjoncteurs" au nom de Howell, utilisent un transformateur d'intensité pour contrôler le courant dans un circuit protégé. Lorsqu'un tel dispositif de déclenchement comporte aussi une fonction de protection con- tre la mise accidentelle à la terre, et qu'on utilise le transformateur de courant de réseau pour détecter les cou- rants de mise accidentelle à la terre, il est nécessaire d'avoir un transformateur d'intensité très précis. Le trans- formateur consiste généralement en un "noyau bobiné" dans lequel l'enroulement secondaire est constitué par un enrou- lement torique qui est disposé de manière à optimiser le rendement du transformateur à moins d'un pourcent d'erreur maximum dans des conditions d'essai étalonnées. Un transfor- mateur d'intensité comportant un enroulement secondaire to- rique est décrit, par exemple, dans le brevet des Etas-Unis n 3 449 703 intitulé "Transformateur d'intensité ayant une précision non diminuée par les fluxs parasites provenant des conducteurs adjacents" au nom de Steen. Avec l'apparition des interrupteurs de circuit à fonction minimum ne comportant pas de protection contre la mise accidentelle à la terre dans lesquels les caractéristi- - 2 - ques de réponse thermique et magnétique des disjoncteurs à boîtier moulé sont réalisés dans un élément de déclenchement statique par des dispositfs électroniques, un détecteur de courant aussi précis n'est plus nécessaire. Les interrup- teurs à fonction minimum utilisent un dispositif de traite- ment de signal analogique semblable à celui décrit dans le brevet des Etats-Unis n 4 266 259 (brevet Howell) pour effectuer des'fonctions de déclenchement instantané, de dé- clenchement de courte durée et de déclenchement de longue durée. On envisage d'utiliser le dispositif de déclenchement statique à fonction minimum pour des boîtiers de disjoncteur de dimensions standard inférieures à celles des boîtiers utilisant couramment le dispositif de déclenchement statique du brevet Howell. En outre, puisqu'il n'est pas nécessaire d'avoir une protection contre la mise accidentelle à la ter- re, un transformateur d'intensité moins coûteux serait for- tement souhaitable. Il est bien connu que les transforma- teurs à noyau feuilleté sont moins coGteux à fabriquer que le transformateur à noyau bobiné décrit ci-dessus et que les enroulements de transformateur obtenus à partir d'une simple machine à bobiner sont notablement moins coûteux que l'en- roulement torique décrit ci-dessus. A ce jour, les transfor- mateurs d'intensité à noyau feuilleté n'ont pas prouvé leur utilité en tant que détecteurs de courant dans les disposi- tifs de déclenchement électroniques du fait de leur faible précision telle que déterminée par des techniques d'essai étalonnés lorsqu'on les compare aux transformateurs d'inten- sité plus sophistiqués. Les performances médiocres obtenues avec les transformateurs d'intensité à noyau feuilleté et ayant des enroulements secondaires à bobinage simple sont dues aux fluxs de fuite à travers la partie du noyau qui est exposée entre le conducteur plat formant enroulement primai- re et l'enroulement secondaire. Le but de cette invention est de fournir un détec- teur de courant à faible coût, ayant de bonnes caractéristi- -3- ques de transfert pour des unités de déclenchement statiques à fonction minimum par utilisation d'un enroulement secon- daire bobiné sur un noyau de transformateur feuilleté tout en augmentant le transfert de flux entre le conducteur plat formant enroulement primaire et l'enroulement secondaire. Un détecteur de courant pour des dispositifs de déclenchement statiques n'ayant pas de fonction de protec- tion contre la mise à la terre accidentelle ou ayant une fonction de protection contre la mise à la terre accidentel- le qui utilise des détecteurs à séquence nulle, est obtenu en disposant le conducteur plat formant enroulement primaire autour d'un enroulement secondaire bobiné utilisant un noyau feuilleté. Avec à la fois le conducteur plat formant enrou- lement primaire et l'enroulement secondaire traversant l'ou- verture du noyau et disposés sur une jambe de noyau commune, le conducteur plat formant enroulement primaire couple le flux magnétique avec l'enroulement secondaire pour améliorer notablement la caractéristique de réponse. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - Figure lA, une vue latérale d'un transformateur d'intensité connu comportant un noyau feuilleté; Figure lB, une vue axiale du transformateur d'intensité de la figure 1; Figure 2A, une vue latérale d'un transformateur d'intensité à noyau laminé selon la présente invention; - Figure ZB, une vue axiale du transformateur d'intensité de la figure ZA; et - Figure 3, un graphique comparant les précisions des transformateurs des figures 1A, lB et ZA, 2B. La figure 1A représente un transformateur d'inten- sité 10 du type utilisant un conducteur plat formant enrou- lement primaire 11 formé par une barre omnibus métallique insérée dans une ouverture 8 d'un- noyau 13. Le noyau con- tient une série de tôles 9 formées à partir de feuilles min- -4- ces d'un matériau magnétique. Un (ou des) enroulement(s) se- condaire(s) 12 est disposé dans l'ouverture du noyau et con- siste en une série de spires isolées 15 qui sont formées sur une bobine simple à partir d'un fil isolé en utilisant une machine à bobiner. Une paire de conducteurs secondaires 14 constituée par les deux extrémités opposées du fil continu fournit le courant de sortie de l'enroulement secondaire et une première partie de connexion de borne 18 et une deuxième partie de connexion de borne i9 du conducteur plat formant enroulement primaire 11 assurent la liaison avec le conduc- teur plat formant enroulement primaire. Des enroulements se- condaires multiples qui comportent des prises sont parfois utilisés pour établir le courant de sortie à des valeurs souhaitées. Le conducteur plat formant enroulement primaire est construit avec une partie principale en forme de U 16 dans laquelle la partie en creux 17 est disposée dans l'ou- verture du noyau. L'agencement du conducteur plat formant enroulement primaire 11 et de l'enroulement secondaire 12 dans l'ouverture du noyau 8 est mieux décrite en liaison avec la figure lB. Le noyau feuilleté 13 est du type formé par un rectangle ayant 4 jambes (a - d) tel que le conduc- teur plat formant enroulement primaire 11 est disposé autour de la jambe d et l'enroulement secondaire 12 est disposé au- tour de la jambe b. On notera que les jambe (a, c) qui s'étendent entre le conducteur plat formant enroulement pri- maire et l'enroulement secondaire sont exposées et qu'il en résulte la création de flux de fuite élevés avec un mauvais couplage entre le conducteur' plat formant enroulement pri- maire et l'enroulement secondaire. Lorsqu'on a essayé cette configuration pour vérifier le rendement de transformation en reliant les première et deuxième parties de connexion de bornes 18 et 19 en série avec une source de courant étalon- née et en relevant le courant de crête secondaire entre les conducteurs secondaires 14 à un moment déterminé, on a repré- sente le résultat en 31 figure 3. L'erreur maximum calculée en pourcent pour ces conditions d'essai est de 41%. La figure 2A représente un transformateur d'inten- sité à noyau feuilleté "inversé" 20 dans lequel le conduc- teur plat formant enroulement primaire 21 a une partie prin- cipale en forme de U 34 et des première et deuxième parties de connexion de bornes 28, 29 et avec la partie en creux 27, s'étend dans l'ouverture 26 d'un noyau feuilleté 22. Le noyau feuilleté comporte une série de tôles de noyau de transformateur 25 semblables à celles décrites auparavant en liaison avec la figure 1A. Dans la disposition inversée re- présentée ici, l'enroulement secondaire 24, comportant une série de spires isolées 23 et une paire de conducteurs se- condaires 33 semblables à ceux décrits en liaison avec la figure 1A, est maintenant situé en dessous de la partie principale en forme de U 34 du conducteur plat formant en- roulement primaire 21. La disposition inversée du conducteur plat formant enroulement primaire 21, de l'enroulement se- condaire 24 et du noyau feuilleté 22 sera mieux représentée en liaison avec la figure 2B. Le noyau laminé 22 comporte un rectangle ayant quatre jambes (a - d) similaire à celui dé- crit en liaison avec la figure lB. Cependant, dans cette disposition, le conducteur plat formant enroulement primaire 21 et l'enroulement secondaire 24 sont tous deux disposés autour de la même jambe d du noyau feuilleté 22. Dans cette disposition trois jambes du noyau (a - c) sont exposées. Ce- pendant, la disposition du conducteur plat formant enroule- ment primaire au-dessus de l'enroulement secondaire couple de manière efficace le flux magnétique entre le conducteur plat formant enroulement primaire et la bobine secondaire. Le flux créé entre le conducteur plat formant enroulement primaire et l'enroulement secondaire qui autrement aurait comporté un flux de fuite avec la configuration représentée figure lA et lB est maintenant effectivement couplé entre le conducteur plat formant enroulement primaire et l'enroule- ment secondaire. Lorsqu'un courant d'essai étalonné similai- -6- re est placé en série avec les premières et deuxième partie de connexion de bornes 28 et 29 du conducteur plat formant enroulement primaire 21, le courant de crête secondaire en- tre les conducteurs secondaires 33 a la configuration repré- sentée en 32 figure 3. Ceci représente une erreur maximum de 7 % comparé à l'erreur de 41 % mesurée pour la configuration représentée figure 1A, lB. Lorsqu'on essaie dans les mêmes conditions un enroulement torique bobiné avec précision sur un noyau formé, l'ensemble étant utilisé avec le circuit de déclenchement statique décrit dans le brevet Howell, le cou- rant de crête secondaire a la configuration représentée en figure 3. Ceci représente une erreur maximum de 1 % dans les mêmes conditions d'essai. Une condition d'essai classi- que pour un transformateur d'intensité de 600 ampères mesu- rée pour un courant total est un facteur multiplicateur de soit 6000 ampères. On a donc montré que la configuration de noyau feuilleté inversé de la présente invention fournit une amé- lioration notable par rapport au transformateur d'intensité feuilleté bobiné dans une configuration de bobinage non to- rique. On pense que l'erreur maximum à 7 % pour un relevé u une échelle 10 est plus que satisfaisante pour une utilisa- tion comme détecteur de courant dans les dispositifs de dé- clenchement statiques à fonction minimum comme décrits ci-dessus. 7 - REVENDICATIONS 1. Transformateur d'intensité caractérisé en ce qu'il comporte: - un conducteur plat formant enroulement primaire (21) ayant une partie principale en forme de U (34) insérée dans un noyau (22) comportant une ouverture à quatre jambes (26); - un enroulement secondaire (24) placé en dessous de conducteur plat formant enroulement primaire (Zl) et dis- posé autour de l'une des quatre jambes de noyau pour amélio- rer le couplage de flux magnétique entre le conducteur plat formant enroulement primaire (11) et l'enroulement secondai- re (24). 2. Transformateur de courant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le conducteur plat formant en- roulement primaire est constitué par une barre omnibus mé- tallique ayant une paire (28, 29) de première et deuxième parties d'extrémité de bornes opposées s'étendant à partie de la partie centrale en forme de U. 3. Transformateur de courant selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'une des jambes du noyau est en- tourée en partie par la partie principale en forme de U (34). 4. Transformateur de courant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le noyau à ouverture est cons- titué par une série de t8les magnétiques empilées disposée dans chacune des quatre jambes. 5. Transformateur d'intensité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (24) est constitué par un brin continu de fil isolé bobiné autour d'une des jambes du noyau (22), une première extrémité du fil constituant un premier conducteur secondaire et une deu- xième extrémité du fil constituant un deuxième conducteur secondaire. 6. Transformateur de courant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire (24) -8- est constitué par une série d'enroulements secondaires. 7. Dispositif de déclenchement statique pour in- terrupteur de circuit, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens électroniques de traitement de signal pour déterminer des conditions de courant de surcharge dans un circuit protégé et pour fournir un signal de sortie fai- sant fonctionner une paire de contact pour interrompre la circulation de courant dans le circuit; et - un transformateur d'intensité relié au circuit protégé et au dispositif de traitement de signal électroni- que pour fournir un signal d'entrée au dispositif de traite- ment de signal proportionnel au courant circulant dans le circuit, ce transformateur de courant comportant: À un noyau feuilleté (22) à quatre jambes ayant une ouverture (26) définie par les quatre jambes; un enroulement secondaire (24) disposé autour d'une des quatre jambes, constitué par un brin continu de fil électrique isolé, une première ex- trémité de fil fournissant un premier conducteur secondaire et une deuxième extrémité du fil four- nissant un deuxième conducteur secondaire; et un conducteur plat formant enroulement primaire (21) en forme de U, ayant une partie creuse (27), la partie (27) creuse étant insérée dans l'ouver- ture du transformateur (26) au-dessus de l'enrou- lement secondaire (24) et la partie principale en forme de U (34) s'étendant de chaque çcté de l'en- roulement secondaire (24) pour réaliser un trans- fert de flux effectif entre l'enroulement secon- daire et le conducteur plat formant enroulement primaire.