Brevet FR2573246A1 — publié le 19860516

Disjoncteur pouvant fonctionner en interrupteur. La présente invention se rapporte en général aux disjoncteurs, et elle concerne plus particulièrement un disjoncteur qui peut fonc- tionner en interrupteur et est approprié à la commande à distance de l'alimentation électrique dans l'utilisation de l'énergie, à la comman- de de procédés, de moteurs, de l'éclairage, et à d'autres fonctions analogues. Au cours des dernières années, le coût de l'énergie électrique a augmenté dans des proportions telles que cette augmentation a suscité un motif économique important de conservation de l'énergie. En même temps, les progrès de la technique électronique, en particulier de la technique des miniordinateurs, ont fourni un appareillage perfectionné de commande et de contrôle que l'on peut utiliser pour soutenir les efforts de conservation de l'énergie. Un procédé utilisé pour la conservation de l'énergie électrique consiste à établir un programme de commande permettant de couper l'alimentation de charges électriques pendant des périodes présélectionnées de temps. Un exemple simple de cette solution est donné par l'extinction des lumières de bureaux à un tableau de disjoncteurs pendant les heures de fermeture des bureaux, pratique qui est largement suivie mais qui présente des inconvénients propres. Tout d'abord, le fonctionnement manuel de disjoncteurs de tableaux est relativement peu souple et coûteux. En outre, bien qu'ils soient généralement pourvus de manettes qui permettent d'ouvrir et de fermer manuellement leurs contacts, les disjoncteurs ordinaires ne sont pas vraiment conçus pour servir d'interrupteurs réguliers et, s'ils sont utilisés comme tels, ils auront une durée de vie utile très rédui- te du fait de la présence de mécanismes actifs à ressort de rappel, qui sont soumis à un cycle d'opérations chaque fois qu'une manoeuvre manuelle d'interruption est effectuée par l'intermédiaire de leurs manettes à commande manuelle. Afin de réduire cet inconvénient, il est d'usage de combiner les disjoncteurs avec des contacteurs électromagnétiques avec lesquels ils sont montés en série, le disjoncteur de chacune de ces combinaisons étant utilisé pour protéger le circuit contre les surintensités tandis que le contacteur joue un rôle d'ouverture et de fermeture du circuit. L'inconvénient de cette solution réside dans le fait que, pour remplir la fonction d'ouverture-fermeture et celle de protection du circuit, il faut deux appareils distincts, c'est-a-dire un disjoncteur et un contacteur, qui sont relativement coûteux et qui exigent en outre des techniques différentes de montage ainsi qu'un câblage plus complet et plus compliqué, ce qui augmente donc la complexité et le coût de l'appareillage. Une solution plus avantageuse est donc nécessaire et la présen- te invention a pour objet principal de satisfaire ce besoin. En conséquence, la présente invention se rapporte à un disjonc- teur comprenant au moins une paire d'éléments coopérants de contact, un mécanisme actif fonctionnellement relié à l'un des éléments de contact de cette paire et pouvant fonctionner pour déplacer cet élément de contact entre la position d'ouverture et la position de fermeture des contacts et un moyen de déclenchement pour obliger le mécanisme actif i effectuer le déplacement de l'élément de contact afin de l'amener dans la position d'ouverture des contacts en réponse à l'existence de surin- tensités prédéterminées. La présente invention réside dans le fait que l'autre élément de contact de la paire est libre de se déplacer indé- pendamment du mécanisme actif et est associé à un système de commande qui est fonctionnellement relié à l'élément de contact indépendamment mobile et qui peut être manoeuvré de façon à déplacer cet élément de contact indépendamment mobile pour établir ou pour rompre le contact avec le premier élément de contact lorsque ce dernier se trouve dans la position de fermeture des contacts. Le disjoncteur qui constitue un exemple de réalisation de la présente invention peut fonctionner en interrupteur sans soumettre son mécanisme actif à un cyle d'opérations et, par conséquent, sans accélé- rer son usure. Du fait que la mise en contact des deux éléments de contact ne peut avoir lieu que lorsque l'élément de contact qui est fonctionnellement relié au mécanisme actif, se trouve dans la position de fermeture des contacts, le disjoncteur ne peut se fermer en fait au moyen du système de commande, lorsqu'un courant de fuite se produit dans le circuit à contrôler, car son moyen de déclenchement répondra immédiatement au courant de fuite lors de la mise en contact et oblige- ra le mécanisme actif à déplacer l'élément de contact auquel il est relié afin de l'amener dans la position d'ouverture des contacts, l'écartant de ce fait de l'élément de contact indépendamment mobile. Le système de commande de l'élément de contact indépendamment mobile est un dispositif électromagnétique comprenant une bobine ou un enroulement commutable entre deux états d'excitation: l'un pour effec- tuer la mise en contact et l'autre pour réaliser la rupture de contact de l'élément de contact indépendamment mobile. Il se prête à une commu- tation par commande à distance, sa bobine ou son enroulement étant par exemple alimenté à partir d'une source appropriée par l'intermédiaire du moyen de commutation qui peut être manoeuvré entre un état conduc- teur et un état non conducteur au moyen de signaux appliqués sOUS le contrôle d'un ordinateur par exemple. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: - la figure 1 illustre un schéma classique utilisé de manière caractéristique pour la protection des circuits et pour leur ouverture et fermeture; - la figure 2 est un schéma de montage suivant la présente invention pour assurer la protection des circuits tout en offrant la possibilité d'ouverture et de fermeture de ces circuits; - la figure 3 est une vue en coupe verticale d'un disjoncteur qui constitue un exemple de réalisation de la présente invention; et - la figure 4 est une vue éclatée en perspective isométrique d'un système de commande électromagnétique utilisé en combinaison avec le disjoncteur représenté à la figure 3. On se reportera maintenant aux dessins et tout d'abord, en par- ticulier, à la figure 1. Le schéma classique illustré sur cette figure comprend un disjoncteur 15 et un contacteur 17 montés en série l'un par rapport à l'autre entre une structure 11 constituant une borne de ligne et une structure 13 formant une borne de charge qui peuvent faire par- tie d'un panneau (non représenté) ou d'un élément analogue. Le disjoncteur 15, comprenant un moyen 19 formant un contact mobile relié à et commandé par un mécanisme actif 21 incorporé égale- ment au disjoncteur, a pour fonction principale d'assurer une protec- tion des circuits contre des surintensités prédéterminées telles que des surcharges, des courants de fuite et des courants de court-circuit, mais il n'est pas conçu pour: fonctionner en interrupteur simplement pour ouvrir et fermer des circuits, cette fonction étant remplie par le contacteur 17. Bien entendu, le contacteur 17, d'autre part, ne peut de lui-même assurer la protection des circuits contre des surintensités. En d'autres termes, le disjoncteur 15 et le contacteur 17 constituant ce schéma classique sont des appareils distincts, chacun d'eux étant conçu pour remplir une fonction particulière et on compte sur l'ensem- ble des deux appareils pour remplir la totalité des fonctions souhai- tées. Ce genre de montage présente certains inconvénients comme on l'a mentionné plus haut. On se reportera maintenant à la figure 2 des dessins. Le schéma représenté sur cette figure constitue un exemple de réalisation de la présente invention et il utilise également un disjoncteur 23 comprenant également un moyen 25 formant un contact mobile relié à et commandé par un mécanisme actif 27 à ressort de rappel, mais ce schéma ne nécessite ni n'utilise aucun appareil distinct, tel que le contacteur 17 du mon- tage classique illustré à la figure 1, afin d'assurer un râle d'inter- rupteur, en plus de la protection des circuits. Au contraire, le dis- joncteur 23 est conçu pour servir à la fois de dispositif de protection des circuits contre des surintensités, et de dispositif d'interruption qui peut être manoeuvré, également par commande à distance, au moyen d'un système 33 de commande fonctionnellement relié à un élément 29 de contact du disjoncteur qui est libre de se déplacer indépendamment du mécanisme actif 27. Comme le représente plus précisément la figure 3, le disjonc- teur 23 comprend un bras supérieur 25 de contac, un mécanisme actif 27 et un bras inférieur 29 de contact. Bien qu'on ait représenté et décrit le disjoncteur 23 dans le présent exemple de réalisation sous la forme d'un disjoncteur monophasé, l'invention proprement dite s'applique éga- lement à des disjoncteurs triphasés ou à d'autres disjoncteurs polypha- sés et assi bien à des disjoncteurs pour courant alternatif qu'à des disjoncteurs pour courant continu. Plus particulièrement, le disjoncteur 23 comprend un boîtier ou coffret 39 de l'avant duquel dépasse une manette 41 permettant de manoeuvrer à la main le disjoncteur entre une position de fermeture et une position d'ouverture. Les contacts 35 et 37 sont représentés fermés à la figure 3, le parcours conducteur allant de la borne 11 de ligne à la borne 13 de charge en passant par un conducteur 43, un conducteur souple ou shunt 45, le bras inférieur 29 de contact, des contacts 37, , le bras supérieur 25 de contact, un conducteur souple ou shunt 47, une bilame 49 et un conducteur 51. Le mécanisme 27 à déclenchement ou à ressort de rappel ressem- ble aux mécanismes analogues de construction classique, tels que celui qui est décrit dans le brevet américain n 4 030 060 et, par consé- quent, on ne le détaillera pas dans la présente description. En géné- ral, le mécanisme 27 est un dispositif à leviers articulés excentrés qui comprend un étrier métallique 53, un berceau ou élément 55 à déclenchement, une liaison articulée comprenant des leviers articulés 57, 59 reliés entre eux par un pivot 61, et des ressorts excentrés (non représentés) reliant le pivot 61 à la partie supérieure de l'étrier 53. Le levier articulé inférieur 59 est monté par un pivot sur le bras supérieur 25 de contact. Une goupille 63 de blocage arrête le déplace- ment de l'étrier 53 dans le sens contraire à la rotation des aiguilles d'une montre lorsque la manette 41 se déplace vers la position de fer- meture. Un dispositif 65 de déclenchement comprend une bilame 49, une barre 69 de déclenchement supportée de manière à pouvoir pivoter et comprenant un bras 67 et un verrou 71. Le dispositif de déclenchement comprend également un aimant 73 et une armature 75. Cette dernière et la bilame 49 coopèrent avec le bras 67 pour faire tourner la barre 69 de déclenchement et, de ce fait, libérer le verrou 71 de sa position de verrouillage par rapport à l'élément 55 à déclenchement. Le bras supe- rieur 25 de contact se déplace vers la position 25a d'ouverture soit lors du déclenchement de l'élément 55 soit lorsque la manette 41 est amenée manuellement dans la position indiquée en traits d'axe. Lorsque le bras 25 de contact passe de la position de fermeture à la position d'ouverture, il passe dans un extincteur 77 d'arc qui souffle tout arc électrique jaillissant entre les contacts 35, 37 lorsqu'ils se sépa- rent. Le bras inférieur 29 de contact est poussé contre le contact 35 du bras supérieur 29 de contact par un ressort hélicoïdal 70 qui s'appuie contre la paroi arrière 81 du boitier 39. Les bras 25, 29 sont sensiblement parallèles entre eux confor- mément aux principes connus de limitation de courant, de sorte qu'une surintensité importante supérieure à une valeur prédéterminée crée des champs magnétiques en sens opposé qui provoquent la séparation rapide des bras de contact et, de ce fait, protègent le disjoncteur de toute détérioration. Conformément à la présente invention, le bras inférieur 29 de contact, qui peut tourner autour du pivot 31, est un levier tel qu'un levier coudé dont une branche 83 se prolonge dans une ouverture 85 for- mée dans la paroi arrière 81. De cette manière, le bras inférieur de contact se trouve dans une position telle qu'il peut se déplacer entre la position d'ouverture et la position de fermeture au moyen du système 33 de commande électromagnétique. Le système 33 de commande comprend un berceau 87 de guidage et un chariot mobile 89 logés tous deux dans un boltier 91 qui est fixé à la paroi arrière du bottier 39 du disjoncteur par des dispositifs appropriés de fixation passant dans des trous formés dans une bride 93 du boîtier 91. Le berceau 87 de guidage est un élément en forme de U - comportant des branches 93, 95 qui sont dirigées vers le haut et qui supportent deux rails 97 de guidage. Le berceau 87 de guidage supporte un dispositif électromagnétique ou sol1noide 101 qui comprend un enrou- lement 105 à noyau 103 et un plongeur 107. L'extrémité extérieure du plongeur 107 comprend une paire d'oreilles espacées, entre lesquelles passe une goupille 109 pour permettre la fixation à une paire d'oreil- les 111 (figure 4) du chariot 89. Comme le représentent les figures 3 et 4, le chariot 89 compor- te des moyens pour saisir ou être en prise avec la branche 83 afin de déplacer le bras inférieur 29 de contact entre la position d'ouverture et la position de fermeture des contacts. Ces moyens comprennent un corps 113, de préférence constitué d'un matériau électriquement iso- lant, qui est fixé sur la face supérieure du chariot 89. Ce corps 113 comprend une cavité 115 dans laquelle peut coulisser un piston plongeur 117 placé à l'extrémité d'un ressort hélicoïdal 119 qui pousse le pis- ton plongeur 117 contre la branche 83. L'extrémité du ressort 119, opposée au piston plongeur, est maintenue en place par une goupille 121 de fixation. En fonctionnement, lorsque l'enroulement 105 est excité, par exemple à partir d'un endroit éloigné, le plongeur 107 déplace le chariot 89 vers la gauche, lorsqu'on considère les figures 3 et 4, poussant de force le piston plongeur 117 contre la branche 83 et, par conséquent, fermant les contacts 35, 37. Lorsque l'enroulement 105 est désexcité, des ressorts hélicoïdaux 123 montés sur chaque rail 97 de guidage rappellent le chariot vers la droite, déplaçant de ce fait le bras inférieur 29 de contact vers la position d'ouverture des- contacts. Lorsque le piston plongeur 117 exerce une pression contre la branche inférieure 83, au fur et à mesure que le-chariot 89 se déplace vers la gauche, la force qui est appliquée aux contacts est suffisante pour constituer une résistance suffisamment faible. Les ressorts héli- coTdaux 119 fournissent un accouplement élastique qui permet au plon- geur 107 du solénoYde d'être avalé complètement dans l'enroulement 105. Le ressort 119 permet également au bras inférieur 29 de contact de s'ouvrir en opposition au piston plongeur 117 (et au ressort 79) sous l'action des forces de répulsion créées entre les bras 25, 29 de contact pendant que se produit un courant de fuite. En conclusion, on doit bien noter que l'action du solénoïde 101 et des ressorts 123 peut être inversée, de sorte que les contacts peu- vent être ouverts, au lieu d'être fermés, par le solénoïde. Dans ce cas, les ressorts 79 et 123 serviraient à amener les contacts dans leur position de fermeture. Enfin, comme le représente la figure 4, le dis- joncteur peut se prêter à une utilisation dans une structure de dis- joncteur triphasé. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Disjoncteur comprenant au moins une paire d'éléments coopé- rants de contact, un mécanisme actif fonctionnellement relié à l'un des éléments de contact de cette paire et pouvant fonctionner pour déplacer cet élément de contact entre la position d'ouverture et la position de fermeture des contacts, et un moyen de déclenchement pour obliger le mécanisme actif à effectuer le déplacement de l'élément de contact afin de l'amener dans la position d'ouverture des contacts en réponse à l'existence de surintensités prédéterminées, ce disjoncteur étant caractérisé en ce que l'autre élément (29) de contact de la paire est libre de se déplacer indépendanment du mécanisme actif (27) et comprend une partie (83) de commande, et en ce que l'élément (29) de contact indépendamment mobile est associé à un système (33) de commande qui peut être mis fonctionnellement en contact avec cette partie (83) de commande et qui peut être manoeuvré de façon à déplacer l'élément (29) de contact indépendamment mobile pour établir ou pour rompre le contact avec le premier élément (25) de contact lorsque ce dernier se trouve dans la position de fermeture des contacts. 2. Disjoncteur suivant la revendication 1, dans lequel les élé- ments coopérants de contact de cette paire sont disposés de telle façon que chacun d'eux est soumis à une force d'ouverture des contacts lorsqu'ils sont parcourus par un courant prédéterminé de fuite, ce dis- joncteur étant caractérisé en ce que le système (33) de commande est fonctionnellement mobile de manière à permettre à cet élément de contact indépendamment mobile de s'écarter de la position de contact sous l'action de cette force d'ouverture des contacts. 3. Disjoncteur suivant l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le système (33) de commande comprend un plongeur (107) pouvant effectuer un mouvement de va-et-vient entre deux positions, un enroulement (105) électriquement excitable en relation d'induction magnétique avec le plongeur (107) et commutable entre deux états d'excitation pour effectuer le déplacement du plongeur respectivement vers l'une et vers l'autre de ces deux positions, et des moyens (89, 113 à 119) de transmission des forces, intercalés entre le plongeur (107) et l'élément (29) de contact indépendamment mobile pour amener ce dernier à établir et à rompre le contact à la suite du déplacement du plongeur vers l'une et vers l'autre de ses positions. 4. Disjoncteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (89, 113 à 119) de transmission des forces comprennent un chariot (89) relié au plongeur (107) afin de se déplacer avec lui, et des moyens (113 à 119) d'accouplement fixés sur le chariot (89) et fonctionnellement en prise avec l'élément (29) de contact indépendam- ment mobile. 5. Disjoncteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (113 à 119) d'accouplement comprennent des moyens (117, 119) formant un accouplement élastique entre le chariot (89) et l'élé- ment (29) de contact indépendamment mobile. 6. Disjoncteur suivant l'une quelconque des revendications pré- cédentes, comprenant un boîtier isolant dans lequel sont disposés les éléments de contact, le mécanisme actif et le moyen de déclenchement, ce disjoncteur étant caractérisé en ce que la partie (83) de commande de l'élément (29) de contact indépendamment mobile se prolonge dans une ouverture (85) formée dans une paroi (81) de ce bottier isolant (39), et en ce que le système (33) de- commande est monté sur cette paroi (81) extérieurement au boîtier et est fonctionnellement en prise avec cette partie (83) de commande.