Brevet FR2584529A1 — publié le 19870109

I 2584529 DISJONCTEUR-CONTACTEUR ELECTRIQUEL NOTAMMENT POUR DES BATTERIES DE CONDENSATEURS L'invention est relative à un disjoncteur-contacteur de courant alternatif, notamment de connexion de batteries de condensa- teurs, comprenant par p le une première et une deuxième paires cie contacts mécaniques, connectées électriquement en série: - un électro-aimant de commande à distance d'ouverture et de fermeture de ladite première paire de contacts mécaniques; - un mécanisme de déclenchement automatique sur défaut et d'ouver- ture de ladite deuxième paire de contacts mécaniques; - au moins une électrode d'arc disposée à proximité de l'un des contacts de ladite deuxième paire pour capter l'arc tiré lors de la séparation des contacts ce ladite deuxième paire. Dans un disjoncteur-contacteur du genre mentionné, la première paire de contacts mécaniques assure la fonction de contacteur pour enclencher ou déclencher la batterie de condensateur, tandis que la deuxième paire de contacts mécaniques assure la fonction de disjoncteur de protection intervenant en cas de courts-circuits ou de surcharges. Le disjoncteurcontacteur peut être piloté par un relais varmétrique permettant l'enclen- chement par gradins de batteries de condensateurs. Les contacts mécaniques.assurant l'enclenchement ou le déclenchement normal/ présentent une grande endurance, tandis que les contacts de la partie disjoncteur résistent à l'action d'un arc tiré lors d'une ouverture sur court-circuit. Les disjoncteurs-contacteurs du genre mentionné présentent l'inconvénient d'une usure des contacts mécaniques de la partie contacteur, due à des point-s de courant de courte durée, apparaissant à la fermeture sur un circuit capacitif. Ces pointes de courant engendrent des micro-soudures des contacts et une érosion rapide de ces der- niers. La présente invention a pour but de réaliser un disjoncteur- contacteur à haute endurance assurant une protection totale. Le disjoncteur-contacteur selon l'invention est caractérisé en ce que ladite électrode d'arc appartient à un circuit de shuntage de ladite première paire de contacts pour dériver le courant passant par ladite première paire de contacts dans le circuit de shuntage dès la commutation de l'arc sur ladite électrode, qu'un interrupteur statique, notamment à triac ou thyristor, est connecté aux bornes de ladite première paire de contacts en parallèle dudit circuit de shuntage, qu'un détecteur de passage au zéro pilote l'amorçage dudit interrupteur statique au passage au zéro de la différence de potentiel entre la source de courant alternatif et le condensateur, lors d'un ordre de fermeture de ladite première paire de contacts mécaniques avec un décalage tel que l'établissement du courant soit toujours établi par l'interrupteur statique. L'interrupteur statique, notamment le triac, permet une synchro- nisation de la fermeture du circuit, évi- tant ou limitant les pointes de courant, mais il présente l'inconvénient d'une chute de tension non négligeable et d'une grande sensibilité aux courts-circuits. La chute de tension est à l'origine d'un échauffement non négligeable et selon l'in- vention, le triac est shunté en fonctionnement normal par les contacts mécaniques du contacteur. L'interrupteur statique intervient uniquement pendant une courte durée au moment de la fermeture du disjoncteur-contacteur et éventuellement au mo- ment de l'ouverture. Pour éviter une destruction de l'interrup- teur statique en cas de défaut ou de court-circuit le disjonc- teur-contacteur selon l'invention comporte un circuit de shun- tage qui intervient par commutation de l'arc sur une électrode d'arc, dès l'ouverture des contacts de la partie disjoncteur. Le circuit de shuntage dérive le courant pour protéger l'inter- rupteur statique. Il est facile de voir que la partie disjonc- teur assure la protection des condensateurs et de la ligne 3 2584529 contre les surcharges et les courts-circuits, ainsi que la pro- tection de l'interrupteur statique et des contacts de la partie contacteur contre les courts-circuits. Les contacts de la partie contacteur sont protégés contre les pointes de courant par l'interrupteur statique qui se ferme avant les contacts méca- niques et s'ouvre après ces derniers. L'interrupteur statique se prête à une commande d'ouverture synchronisée au pas- sage au zéro du courant. Le disjoncteur-contacteur est avantageusement du type à boitier moulé étroit ou miniature, l'ensemble des éléments constitu- tifs étant logé dans un même bo3tier ou selon un mode de mise en oeuvre préférentiel dans des boitiers séparés permettant un assemblage modulaire. L'interrupteur statique, dont les dimen- sions sont relativement faibles, est avantageusement incorporé, soit dans le boitier de la partie disjoncteur, soit dans celle du contacteur, de manière à limiter les connexions électriques. Le disjoncteur comprend un déclencheur thermique et un déclencheur électromagnétique, qui peuvent être éventuellement remplacés par des déclencheurs électroniques bien connus des spécialistes. Une manette de réarmement et/ou de commande manuelle permet l'ouverture et la fermeture des contacts du disjoncteur pour assurer un sectionnement du circuit. Le contacteur comporte de préférence un pont de contact actionné en position de fer- meture, lors de l'excitation d'un électro-aimant et rappelé en position d'ouverture par un ressort de rappel, lors de la désexcitation de cet électro-aimant. Le contacteur peut être également du type à commande par impulsion, chaque impulsion provoquant un changement d'état à la manière des télérupteurs. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clai-- rement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe axiale de la partie disjoncteur du disjoncteur- contacteur seon 'invention La partie disjoncteur du disjoncteur- contacteur selon l'invention 4 2584529 - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1, illustrant la partie contacteur; - la figure 3 est une vue schématique en perspective des parties contacteurs et disjoncteurs assemblées; - les figures 4 et 5 montrent les schémas unipolaires de deux variantes de réalisation selon l'invention. La figure 1 correspond à celle de la demande de brevet français N 82 15841 du 17 septembre 1982 à laquelle on se refèrera avantageusement pour de plus amples détails sur le fonctionne- ment de la combinaison disjoncteur, interrupteur statique. Sur la figure 1, on reconnait un boîtier moulé miniature 12 ! contenant la partie disjoncteur désignée par le repère général 10. Le boitier'12 comporte à sa face arrière 14 un verrou de fixa- tion 16 et à sa partie avant 18 une manette de commande 20 d'un mécanisme 30. Une paire de contacts fixe 22 et mobile 24 sont disposés en regard d'unechambre de coupure 26 à tôles de désionisation 28. Les tôles d'extrémité de la chambre 26 sont prolongées en di- rection des contacts 22, 24, pour former des cornes d'arc 39, 41. Le contact mobile 24 est solidaire d'un bras de contact 42, monté à pivotement sur un culbuteur 44, actionné par une genouillère 46, articulée sur la manette 20.Un levier de dé- clenchement 48monté à pivotement sur un axe 50 coopère, d'une part avec le bras de contact 42 et d'autre part avec un verrou 52, susceptible d'être actionné par une bilame 34 et/ou un déclencheur électromagnétique 36. Le circuit électrique com- porte une borne d'entrée 38 et une borne de sortie 40 entre lesquelles sont connectés successivement en série la bilame 34, la bobine du déclencheur électromagnétique 36, les contacts 22, 24, et un interrupteur statique 56. L'interrupteur statique 56 est, par exemple, un triacou une paire de thyristors montés tête-bêche dont l'électrode d'amorçage est reliée à une borne 57 du bottier 12, recevant un fil de commande 58. 2584529 La corne d'arc ou électrode 39 s'étend jusqu'à proximité du contact fixe 22, en laissant subsister un faible intervalle 66. La corne d'arc 39 est reliée par un conducteur 62 à un point 64, disposé entre l'interrupteur statique 56 et la borne 40. Le fonctionnement de cette partie disjoncteur- interrupteur statique ressort de l'exposé précédent et de la demande de brevet français précitée. En fonctionnement normal, les con- tacts 22, 24, sont fermés, l'interrupteur statique assurant l'ouverture et la fermeture du circuit à la manière d'un con- tacteur télécommandé. La protection est assurée par le disjonc- teur dont les déclencheurs 34, 36, provoquent l'ouverture des contacts 22, 24 en cas de surcharge ou de court-circuit. Dés la séparation des contacts 22, 24, l'arc tiré entre ces contacts commute sur l'électrode 39 en fermant le circuit de shuntage 62, pour dériver le courant passant par l'interrupteur statique 56. Cette dérivation protège le triac ou les thyristors de cet interrupteur statique. Après extinction de l'arc dans la chambre de coupure 26, le circuit est interrompu. En se référant plus particulièrement aux figures 2 et 3, on voit qu'au boitier-disjoncteur 12 est accolé un boltier-con- tacteur 66 de même profil, contenant une paire de contacts fixes 68, 70, coopérant avec un pont de contact 72. Le pont de contact 72 est solidaire d'une armature 74, commandée par un électro-aimant 76. Lorsque l'électroaimant 76 est alimenté par un conducteur 78, l'armature 74 est attirée et le pont de contact 72 fermé. Un ressort de rappel 80 sollicite le pont de contact 72 en position d'ouverture, dès que l'alimentation de l'électroaimant 76 est interrompue.Le contact fixe 70 est relié par une connexion à l'une des bornes de l'interrupteur statique 56, tandis que le contact fixe opposé 68 est relié à l'autre borne, par exemple au point 64 de l'interrupteur statique 56. Le conducteur 78 est relié au bloc de commande 60, qui reçoit, d'autre part, un signal de commande délivré par un détecteur et un signal de' commande extérieur 82. 6 2584529 Le disjoncteur-contacteur selon L'invention fonctionne de la manière suivante: - les contacts 22, 24, de la partie disjoncteur sont normale- ment fermés. Un ordre de fermeture du disjoncteur-contacteur selon L'invention est envoyé par le conducteur 82 au bloc de commande 60. Ce dernier reçoit du détecteur 80 les informations relatives au courant alternatif pour émettre sur la gachette ou l'électrode de commande 58 de l'interrupteur 56 un ordre de conduction au passage à zéro de La différence de potentiel entre le réseau et la capacité. Le bloc de commande 60 envoie, d'autre part, dès la fermeture de l'interrupteur statique 56 un ordre de fermeture des contacts 68, 70, 72 de La partie contacteur. Dès La fermeture de ces contacts mé- caniques 68, 70, 72, l'interrupteur statique 56 est shunté et La quasi totalité du courant passe par Les contacts mécaniques 68, 70, 72 qui ont une résistance électrique inférieure. On évite ainsi un échauffement de l'interrupteur statique 56. Un ordre d'ouverture transmis par le conducteur 82 au bloc de commande 60 provoque d'une manière analogue, en un premier temps une ouverture des contacts mécaniques 68, 70, 72, et par la suite au passage au zéro du courant une ouverture de l'interrupteur statique 56. Il est facile de voir que les contacts mécaniques 68, 70, 72, assurent la conduction du courant, tandis que L'interrupteur statique 56 assure l'établissement et l'interrup- tion du courant. - en cas de court-circuit, détecté par le déclencheur 34, 36 de la partie disjoncteur, le contact mobile 24 se déplace rapide- ment en tirant un arc entre les contacts 22, 24. La racine de l'arc ancrée sur le contact fixe 22 commute rapidement sur l'élec- trode d'arc 39, autorisant le passage du courant par le conduc- teur de shuntage 62. On voit que la dérivation du courant par te conducteur de shuntage 62 protège à la fois l'interrupteur statique 56 et les contacts 68, 70, 72. Le disjoncteur protège, de plus, le circuit connecté en aval, notamment le condensateur (non représenté). La refermeture du disjoncteur par la manette permet une remise en état du disjoncteur-contacteur pour une 7 2584529 nouvelle opération de fermeture. La figure 5 illustre une variante de réalisation, dans laquelle l'électrode d'arc 41 est associée au contact mobile 24, de manière à capter l'arc ancré sur ce contact mobile 24. L'inter- rupteur statique 56 est, dans ce cas, intercalé entre le con- tact mobile 24 et la borne 38 associée à ce dernier contact. Les contacts mécaniques 68, 70, 72, sont raccordés de la manière décrite ci-dessus aux bornes de l'interrupteur 56, le bloc de commande 60 commandant d'une manière identique l'interrupteur statique 56 et l'électro-aimant 76 de la partie contacteur. Le fonctionnement reste bien entendu identique à celui décrit ci-dessus, le disjoncteur assurant l'ensemble de la protection, dès la commutation de l'arc sur l'électrode 41. Il est clair que l'ensemble des éléments peut être incorporé dans un boitier unique dont le profil peut être différent. Le système modulaire présente l'avantage de permettre l'utili- sation e'éléments standard, par exemple d'un élément contacteur 66 ou télérupteur, comprenant un système de connexion électrique approprié. L'interrupteur statique a été incorporé dans le bottier 12 de la partie disjoncteur, mais il est clair que cet interrupteur peut être incorporé à un boitier séparé ou éventuellement au boîtier 66 de la partie contacteur. De même, le bloc de commande 60 peut être une partie indépendante, éven- tuellement éloignée du disjoncteur-contacteur ou être incorpo- rée à l'un des boîtiers. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. 8 2584529 REVENDICATIONS 1. Disjoncteur-contacteur de courant alternatif, notamment de connexion de batteries de condensateurs, comprenant par pôle une première (68 -72) et une deuxième (22, 24) paires de con- tacts mécaniques, connectées électriquement en série: - un électro-aimant (76) de commande à distance d'ouverture et de fermeture de ladite première paire de contacts mécani- ques (68 -72); - un mécanisme (30) de déclenchement automatique sur défaut, d'ouverture de ladite deuxième paire (22, 24) de contacts mé- caniques; - au moins une électrode (39, 41) d'arc disposée à proximité de l'un (22, 24) des contacts de ladite deuxième paire pour capter l'arc tiré lors de la séparation des contacts de ladite deuxième paire, caractérisé en ce que ladite électrode d'arc (39, 41) appartient à un circuit de shuntage de ladite première paire (68 -72) de contacts pour dériver le courant passant par ladite première paire de contacts dans le circuit de shuntage dès la commuta- tion de l'arc sur ladite électrode, qu'un interrupteur statique (56) notamment à triac ou thyristor est connecté aux bornes de ladite première paire (68 -72) de contacts en parallèle dudit circuit de shuntage, qu'un détecteur (80) de passage au zéro du courant pilote l'amorçage ou l'interruption dudit interrupteur statique (56) au passage au zéro pilote l'amorçage dudit interrupteur statique :56) au passage au zéro de la différence de potentiel entrp t> source de courant alternatif et le condensateur, lors d'un ordre de fermeture de ladite première paire (63 - 72) de contects meca- niques avec un décalage tel que l'établissement du courant soit toujours étabri par l'interrupteur statique (56). 2. Disjoncteur-contacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit détecteur (80) pilote l'interruption de l'in- terrupteur statique (56) au passage au zéro du courant, lors d'un ordre d'ouverture, après l'ouverture de ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques. 3. Disjoncteur-contacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un dispositif de commande (60) reçoit le signal de synchronisation émis par ledit détecteur (80) et un signal de télécommande (82) et émet un ordre de commande dudit électro-aimant (76) et un ordre de commande dudit interrupteur statique (56). 4. Disjoncteur-contacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (60) comporte un tempo- risateur pour retarder la fermeture de ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques par rapport à celle dudit interrupteur statique (56) et retarder l'ouverture de l'in- terrupteur statique par rapport à celle de ladite première paire. 5. Disjoncteur-contacteur selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit mécanisme de déclenchement (30) comporte un déclencheur instantané (36) notamment électroma- gnétique, d'ouverture rapide de ladite deuxième paire (22, 24) de contacts mécaniques en cas de court-circuit. 6. Disjoncteur-contacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit mécanisme de déclenchement (30) comporte une manette (20) de commande manuelle de fermeture, d'ouverture et/ou de réarmement. 7. Disjoncteur-contacteur selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques est disposée dans un premier boîtier (66) moulé étroit, contenant l'électro-aimant (76) de commande et ladite deuxième paire (22, 24) de contacts mécaniques dans un deuxième boitier (12) moulé étroit, accolé au premier boitier. 8. Disjoncteur-contacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que ladite électrode d'arc (39) est disposée à proximité du contact fixe (22) de ladite deuxième paire pour capter la racine de l'arc ancrée sur ledit contact fixe et que ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques et l'interrupteur statique (56) sont connectés entre ledit contact fixe (22) et la borne associée (40). 9. Disjoncteur-contacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que ladite électrode d'arc (41) est disposée à proximité du contact mobile (24) de ladite deuxième paire et que ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques et l'interrupteur statique (56) sont connectés entre ledit contact mobile (24) et la borne associée (38). 10. Disjoncteur-contacteur selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un relais varmétrique de commande d'enclenchement de gradins de condensateurs, qui provoque l'ouverture ou la fermeture de ladite première paire (68 - 72) de contacts mécaniques en conjugaison de l'interrupteur statique (56).