Brevet FR2581264A1 — publié le 19861031

L'invention est relative à un transformateur de sommation pour disjoncteur bi ou tétrapolaire avec protection contre courant de défaut à la terre destiné a l'utilisation dans un réseau de distribution à basse tension mono ou triphasé avec conducteur de neutre, comportant un noyau magnétique annulaire en matériau de qualité supérieure, comme en particulier un alliage de fer et nickel, devant recevoir les enroulements primaires du ou des conducteurs de phase et du neutre et l'enroulement secondaire pour l'alimentation du declencheur, les enroulements primaires ne comportant qu'une seule spire par conducteur passant dans le noyau magnétique, et les conducteurs de phase, le cas échéant egalement le conducteur de neutre, etant en fil de cuivre massif ; l'invention est aussi relative à un processus de fabrication d'un tel transformateur de sommation dans une applieation particulière de l'invention. Le contrôle de courants de défaut à la terre est basé, ceci étant bien connu, sur la loi électrotechnique que la somme de tous les courants entre générateur et récepteur est égale à zéro. Les phases et le neutre traversent à nombre égal de spires le transformateur de sommation. En service normal, c'est-à-dire tant qu'il n'y a pas apparition de courant de défaut à la terre du côté récepteur, le flux magnétique dans le noyau magnétique du transforma teur est nul et aucune tension n'est induite dans l'enroulement secondaire. Cependant, par èxemple en cas de défaut d'isolation, ce qui signifie qu'un courant circule entre générateur et recepteur sans passer au retour par le transformateur de sommation, l'état magnétique nul dans le circuit magnétique du transformateur est détruit et le déclencheur du disjoncteur est actionné par suite d'induction d'une tension dans ltenroulement secondaire. Pour les transformateurs de sommation connus, le noyau magnétique en forme d'anneau est ou bien entouré d'un ruban isolant relativement épais ou bien contenu dans une enveloppe constituée par des demi coquilles en matiere plastique. L'enroulement secondaire se trouve ensuite placé sur le noyau magnétique ainsi isolé et on fait passer dans le noyau annulaire les conducteurs du primaire, isolés par exemple par deux couches d'un ruban en polyester. L'ensemble est ensuite monte, fixe et connecté dans le disjoncteur de protection. Une telle réalisation du transformateur de sommation est complexe, son prix de revient élevé et, de plus, l'épaisseur des couches isolantes entraîne un dimensionnement en conséquence du noyau magnétique dont le prix enlevé du matériau influence le coût total du transformateur de sommation. L'objectif de l'invention est donc de réaliser un transformateur de sommation du type decrit plus haut avec un noyau magne tique plus petit que dans la conception connue, en simplifiant en même temps l'isolation des conducteurs du primaire ; ceci permettant de reduire le prix de l'ensemble. Suivant l'invention, cet objectif est atteint du fait que les conducteurs des enroulements primaires constitues par des fils en cuivre massif sont isoles par un enrobage de résine epoxy thermodurcissable et que le noyau magnétique est constitue par un corps creux allongé entièrement enrobé de resine époxy thermodurcissable, sa section restant sensiblement constante sur sa longueur et le diamtre.interieur étant ramené aux dimensions minimum compatibles avec les enroulements traversants. L'utilisation, suivant l'invention, de couches de résine époxy pour l'isolation d'une part des conducteurs des enroulements primaires, tous ou au moins en partie, d'autre part du- noyau magnétique, permet de réaliser le noyau annulaire magnétique sous forme d'un corps creux allongé avec des dimensions reduites et un volume de materiau réduit, tout en permettant de garantir une magnétisation suffisante lorsqu'il y a passage d'un courant de défaut. Par là-même, l'isolation de l'enroulement primaire est très simplifiée et l'operation de faire passer dans le tore les fils des enroulements ainsi isoles devient facile et rapide, ce qui reduit considérablement le temps de montage. Par ailleurs, la couche de résine époxy sur le noyau le protège des contraintes mécaniques dues à des forces de pression qui pourraient détériorer ses propriétés magnetiques, surtout dans le cas de noyaux magnétiques en alliage de fer-nickel. Selon une première caracteristique pour la realisation avantageuse de l'invention, le noyau magnetique a la forme d'un cylindre creux, ce qui simplifie encore sa fabrication et permet d'obtenir les meilleures conditions pour la mise en place des conducteurs d'enroulement Une autre caracteristique de configuration de l'invention prévoit que l'enroulement primaire du neutre est formé d'une ou plusieurs tresses de fils de cuivre recouvertes d'une gaine thermoretractable. Comme, par opposition aux conducteurs de phase enrobés de résine époxy, un tel enroulement du neutre est élastique dans le sens de l'epaisseur et qu'il peut être eventuellement constitue de plusieurs tresses fines l'interieur d'une gaine isolante commune, ceci permet de compenser les tolérances sur le diamètre interieur du noyau annulaire et sur le diamètre des conducteurs de phase en raison des couches de resine epoxy, sans être obligé de prévoir pour en tenir compte d'augmenter le diamètre du noyau magnétique. Enfin, une autre caracteristique particulièrement avantageuse de l'invention pour sa realisation consiste en ce que les fils de cuivre, avant leur mise en place sur le circuit magnetique, sont pliés en forme d'épingle à cheveux et enrobés d'une couche de résine époxy, ceci de telle façon que, les deux branches de chacun des fils de cuivre ayant sensiblement la même longueur, leurs extrémités ne sont pas revêtues de resine. On peut realiser le transformateur de sommation conforme à l'invention selon uniprocessus de fabrication particulièrement avantageux en ce que les conducteurs en cuivre massif des enroulements primaires sont, après decoupe à longueur et pliage suivant leurs formes definitives, recouverts de résine epoxy thermodurcissable selon un procede en principe connu par bain fluidise et en ce que ces conducteurs sont engages ensuite dans le tore magnetique, luimême préalablement enrobé par bain fluidité. Le bobinage de l'enroulement secondaire sur le noyau magnétique enrobé doit être effectue avant le passage des fils de cuivre enrobés. Selon ce procédé d'enrobage connu, les objets métalliques à enrober sont d'abord préchauffés dans un four à une température d'au moins 1500C et sont ensuite introduits dans un récipient contenant le produit d'enrobage, ici la résine d'époxy sous forme de poudre, qui est mise en suspension par l'air arrivant par le fond poreux du récipient et se trouve ainsi dans un etat proche de l'etat liquide. La quantité de poudre se deposant sur la surface des objets trempes dépend du type de poudre, du temps de trempage et de la température de prechauffage ; les objets recouverts ainsi par de la poudre sont ensuite passes au four pour polymérisation de la couche d'époxy, où la poudre se solidifie en formant une couche homogène enrobant uniformément les objets trempés. L'utilisation de ce procédé connu pour l'isolation des conducteurs des enroulements primaires constitues de fils de cuivre massif et du noyau magnetique est simple pour la fabrication de grandes séries d'un coût de maind'oeuvre avantageux Il permet la réalisation de couches isolantes relativement minces, mais pleinement satisfaisantes, avec une bonne résistance thermique et mécanique, ceci pour toute la durée de service du transformateur. De plus, le trempage des fils de cuivre, dans la mesure où ceux-ci, suivant la caracteristique particulière de conformation de l'invention mentionnee plus haut, ont ete coudes en épingle à cheveux avec les deux branches d'égale longueur pour un meme fil, permet de supprimer I'opération de dénudage des extrémités des fils, celles-ci se trouvant maintenues en-dehors de la masse poudreuse en turbulence lors de l'enrobage avec la resine epoxy. Un transformateur de sommation conçu et fabrique de cette façon constitue un ensemble, facile a monter dans un appareil de commutation, peu encombrant et qui peut être maintenu en position avec des moyens simples, tout en garantissant un bon fonctionnement et une isolation sûre pour une longue duree de service. L'invention est decrite ci-dessous à l'aide d'un exemple d'application represente sur le croquis, sans toutefois limiter la protection du brevet à cet exemple. Le croquis montre sur la figure 1 - en perspective un transformateur de sommation suivant l'invention pour un disjoncteur tetrapolaire avec protection contre courant de defaut, les extrémités dénudées des enroulements primaires côte sortie, etant représentées soudées chacune à la borne de sortie correspondante. la figure 2 - une coupe du noyau magnetique du transformateur avec les conducteurs des enroulements primaires et de l'enroulement secondaire. Sur les figures est designe par 10 un noyau magnétique torique en forme de cylindre creux en matériau de qualité superieure, comme en particulier un alliage de fer et nickel. Le noyau magnetique 10 est, comme le montre la figure 2, entièrement entoure d'une couche isolante 12 en resine epoxy. Dans le tore 10 passent les branches de trois fils de cuivre massif 141 142 et 143 coudés en epingle a cheveux qui constituent les enroulements primaires pour les trois conducteurs de phases du disjoncteur (non represen 1 2 3 te). Les fils 141 , 142 et 14 ont leurs deux branches d'egale longueur pour chacun, leurs extrémités 16, 18 etant laissees nues tandis que le reste des fils est enrobe d'une couche de resine epoxy 20. Le quatrième conducteur d'enroulement primaire passant dans le noyau magnetique 10 est constitue par une tresse de fil de cuivre 22 double, qui est entouree d'une gaine isolante 24 dans sa partie passant-dans le noyau. Enfin, sur le noyau magnétique 10 est bobiné suivant la façon habituelle un enroulement secondaire 26 composé de plusieurs spires, par exemple quatre -spires, dont les extrêmités sont à raccorder au déclencheur du disjoncteur differentiel. Les extrémités nues des fils de l'enroulement primaire 14 142 et 143 sont soudees aux bornes de sortie correspondantes 281 , 282 283 du disjoncteur. En raison de la rigidité des fils de cuivre, le transformateur de sommation est bien maintenu dans sa position dans le disjoncteur. Les extrémités des tresses doubles en fil de cuivre 22 pour le neutre sont soudees à la quatrième borne de sortie 280 du disjoncteur.A l'autre extrêmite de la tresse du neutre en forme de boucle sont figures un contact 28 et une pièce de maintien de tension 30. Toutes les pieces représentees dans la figure 1 peuvent être regroupees avant le montage dans le disjoncteur en un ensemble avec, en partant des bornes de sortie, une orientation appropriee des conducteurs pour sa mise en place facile dans l'appareil. Il ne reste plus qutà mettre en place le contact et la plaque de maintien de tension et à raccorder les conducteurs de phase du disjoncteur aux extrémités libres des fils de cuivre 141 , 142 3 143 . Il en resulte un montage extrêmement simple de l'ensemble transforma- teur. Il est avantageux de realiser le transformateur de sommation represente, tout d'abord en coupant les conducteurs de phase a partir d'une bobine de fils de cuivre de section appropriee en tronçons de longueur voulue et après soudage sur les bornes de sortie 28, en les pliant en forme d'épingle à cheveux, comme montre sur la figure. Ceux-ci sont ensuite chauffes à une temperature d'au moins 1500C et trempés dans le bain de poudre de résine epoxy mentionne plus haut. La quantité poudre se déposant sur la surface du fil et s'y fixant dépend du type de résine époxy employé, de la dure du bain et de la température de prechauffage. Le trempage des fils de cuivre plies en épingle à cheveux est exécute de façon telle que les coudes soient immerges et que les extrêmités des fils ne soient pas trempées.Ensuite, les fils sont chauffés dans un four où la poudre de résine époxy durcit en formant une couche homogène recouvrant uniformément les fils. Le meme procedé de trempage est également appliqué au noyau magnetique qui est ainsi egalement complètement enrobé d'une couche homogène de résine époxy. Par ailleurs une tresse de fil de cuivre de longueur donnee, éventuellement double en forme de boucle, est recouverte sur la longueur voulue d'une gaine isolante thermoretractable dont le retrait est obtenu par echauffement. A ce moment, l'enroulement secondaire est bobine sur le noyau magnetique ; ensuite on fait passer en premier le neutre dans le tore, puis les ils de cuivre isoles plies en epingle-a cheveux avec les branches dont les extremi- tes 16 sont laissees libres. La realisation de l'ensemble transformateur est ainsi terminee et il n'y a plus qu'à le monter dans le disjoncteur comme indique ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Transformateur de sommation pour disjoncteur bi ou tetrapolaire avec protection contre courant de defaut destine a l'utilisation dans un reseau basse tension mono ou triphasé avec conducteur de neutre, comportant un noyau magnetique annulaire en materiau de qualite superieure, pouvant être notamment un alliage de fer et nickel, devant recevoir les enroulements primaires des conducteurs de phases et du neutre et un enroulement secondaire pour l'alimentation du declencheur, les enroulements primaires n'ayant qu'une seule spire par ligne de courant et les conducteurs de phases, le cas echeant egalement le conducteur de neutre, etant constitues de fils de cuivre massif, caracterise par le fait que les conducteurs des enroulements 1 2 3 primaires en fil de cuivre massif (141 , 142 , 143) sont isoles par un enrobage de resine epoxy thermodurcissable et que le noyau annulaire (10) forme corps creux allonge entièrement enrobe de resine epoxy thermodurcissable, sa section restant sensiblement constante sur toute sa longueur et son diametre interieur etant ramene aux dimensions necessaires pour le passage des conducteurs. 2. Transformateur de sommation suivant revendication 1, caracterise par le fait que le noyau annulaire (10) a la forme d'un cylindre creux. 3. Transformateur de sommation suivant revendication 1 ou 2, caracterise par le fait que l'enroulement primaire du neutre est forme d'une ou plusieurs tresses de fils de cuivre (22), recouvertes d'une gaine isolante thermoretractable (24). 4. Transformateur de sommation suivant l'une des revendications pre 1 2 3 cedentes, caracterise par le fait que les fils de cuivre (141 , 142 , '4 ), avant leur mise en place sur le circuit magnetique (10), sont plies en forme d'épingle à cheveux et enrobes d'une couche de resine epoxy (20), ceci de telle façon que, les deux branches de chacun des fils de cuivre ayant sensiblement la même longueur, leurs extrémités (16, 18) ne sont pas revetues de résine. 5. Processus de fabrication d'un transformateur de sommation suivant l'une des revendications precedentes, caracterise par le fait que les conducteurs en cuivre massif des enroulements primaires, àprès découpe et pliage å leurs longueurs et formes définitives, sont recouverts par un procedé d'enrobage de résine epoxy thermodurcissable en bain fluidise et que les conducteurs des enroulements primaires sont ensuite introduits dans le noyau annulaire magnétique, lui-meme préalablement enrobé par le procéde de fluidification. 6. Processus suivant revendication 5, caracterise par le fait que l'enroulement secondaire est bobine sur le noyau magnetique deja enrobe, avant la mise en place des fils de cuivre enrobes des enroulements primaires. 7. Processus suivant revendication 5 ou 6 pour la realisation d'un transformateur de sommation suivant revendication 4, caracterise par le fait que les extrémités libres des conducteurs des enroulements primaires en forme d'epingle à cheveux sont, pendant l'opération de recouvrement de résine époxy, maintenues en-dehors du bain.