Brevet FR2596916A1 — publié le 19871009

DISJONCTEUR BIPOLAIRE A OUVERTURE AUTOMATIQUE~OU . MANUELLE AVEC ELECTRO-AIMANT BISTABLE ET NOYAU PERCUTEUR MAGNETISA- BLE. L'invention concerne un appareil interrupteur bipola--- ouverture automatique ou manuelle dans le bcAtiel duquel sont disposées deux chambres de commutation parallè- les et respectivement isolées par une cloison médians' ex chacune de ces chambres étant équipée d'un dispositif inter- rupteur propre dont les contacts sont reliés à une borne d'entrée, respectivement une borne de sortie, et peuvent être actionnés par un mécanisme commun. De tels appareils interrupteurs sont largement utilisés dans dans les installations de distribution de courant, notamment dans celles du secteur domestique, où les deux interrupteurs so-t placés en série avec une charge utile branchée entre eux, de manière à l'isoler totalement à l'état ouvert. On peut considérer qu'un tel isolement total est nécessaire lorsque l'ouverture automatique du circuit résulte de l'apparition d'un défaut sur la charge ou sur la ligne à l'insu de l'utilisateur, et que celui-ci n'est pas prévenu à l'avance de l'absence ou de la présence d'une tension sur la ligne lorsqu'il est amené à intervenir d'une façon ou d'une autre, sur les appareils qui lui sont reliés. Les mêmes garanties sont également souhaitées lorsque l'ouverture du circuit résulte d'une manoeuvre volontaire de l'utilisateur. On sait, par ailleurs, que les organismes distributeurs d'énergie peuvent être amenés à interrompre cette distribution lorsque l'on peut craindre des surcharges du réseau, ou que l'on prévoit l'exécution de travaux dans un secteur de distribution particulier à un moment déterminé. S'il est naturellement possible d'opérer de tels délestages en effectuant une coupure générale du réseau d'alimentation, il est actuellement souhaité de pouvoir effectuer ces délestages de façon sélective, ne serait-ce qu'en raison du caractère prioritaire qui est conféré au fonctionnement de certains établissements ou services tels que les hôpitaux. Des appareils interrupteurs susceptibles d'être ouverts ou fermés à distance pour interrompre et rétablir la fourniture de courant à un utilisateur particulier, notamment grâce à l'émission de signaux codés à haute fréquence, se servant de la ligne comme moyen de transmission, sont déjà connus et appliqués sous des formes diverses. I1 est donc d'ores et déjà possible de combiner de tels appareils avec l'un de ceux qui ont été mentionnés précédemment pour obtenir un système apte à bénéficier de la somme de leurs propriétés particulières ; c'est-à-dire : un système permettant, d'une part, à l'utilisateur d'établir ou d'interrompre l'alimentation par voie manuelle, de bénéficier d'une protection automatique lors de l'apparition de défauts, et donnant, d'autre part, à l'organisme de distribution, la possibilité d'interrompre la fourniture de courant sans que l'utilisateur puisse la rétablir de son côté. Les inconvénients fournis par un tel système ou une telle association, résident non seulement dans l'augmentation des coûts et des volumes nécessaires à l'obtention du résultat, mais encore dans l'addition des probabilités de mauvais fonctionnement et dans l'utilisation d'interrupteurs placés en série de façon superflue. L'invention se propose, par suite, de fournir un appareil interrupteur bipolaire à ouverture automatique, de volume réduit, dont la constitution réponde à celle qui est mentionnée dans l'introduction, et dans lequel des mesures seront prises pour que l'ouverture et la fermeture du circuit puissent être établies de façon volontaire, soit par l'utilisateur, soit par l'organisme distributeur de courant, et de façon telle que les ordres d'ouverture émanant de ce dernier aient un caractère ou effet prioritai- re par rapport aux manoeuvres de fermeture de l'utilisateur. Selon l'invention, le but visé est atteint, grâce au fait que, dans un premier demi-volume du boîtier, limite par le plan de la cloison médiane, est disposé un électro-aimant bistable qui est alimenté par deux bornes particulières et qui est accouplé à un premier support de contact pseudo-fixe formant avec l'un des contacts mobiles un interrupteur télécommandé, tandis que, dans un second demi-volume place du côté opposé par rapport à la cloison, sont placés un percuteur ou noyau magnétisable excité par une bobine qui est placée en série avec un second support de contact pseudo-fixe, formant avec l'autre contact mobile, d'une part, un interrupteur limiteur à ouverture automatique, d'autre part, un second interrupteur télécommande grâce à des moyens d'accouplement qui traversent la cloison pour l'associer au premier contact pseudo-fixe. D'autres particularités de l'invention, ainsi que l'un des modes de réalisation auquel celle-ci peut conduire, seront mieux compris à la lecture de la description, et a l'examen des figures annexées, parmi lesquelles : La figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'un appareil interrupteur selon l'inven tion Les figures 2 et 3 illustrent de façon schématique des moyens susceptibles de s'adjoindre seuls ou en combi naison à un appareil représenté à la figure 1 La figure 4 représente de façon schématique un mode de réalisation d'un appareil interrupteur selon l'inven- tion où chaque interrupteur comporte un contact pseudo-fixe et un contact mobile La figure 5 illustre une vue en élévation de l'appa reil selon la figure 1 coupé par un plan PP', parallè le à un plan moyen MM' passant par une cloison de séparation visible aux figures 7, 8 et 9 La figure 6 montre une vue en élévation de l'appareil selon la figure 1, coupé par un second plan QO' paral lèle au plan moyen MM' La figure 7 représente en coupe, par un plan transver sal W' visible à la figure 8 une vue de côté simpli fiée de l'appareil selon l'invention ; La figure 8 représente une vue de dessus du boîtier d'un appareil interrupteur selon les figures 5 à 7 ; et La figure 9 représente une vue de côté coupée sensi blement par le plan SS' de la figure 8. Un appareil interrupteur 1 selon l'invention, qui est représenté d'une façon schématique à la figure 1, pour en faire saisir plus aisément le principe et le fonctionnement, comprend un boitier isolant 2 équipé de six bornes 3, 4, 5, 6 et 7, 8, qui se divisent respectivement en une paire de bornes d'entrée 3, 5, une paire de bornes de sortie 4, 6 et une paire de bornes de télécommande 7, 8. Les bornes d'entrée 3, 5 sont respectivement reliées à deux conducteurs correspondants Li, L2 du réseau, les bornes de sortie sont reliées à une charge externe 9 exploitée par l'utilisateur grâce aux lignes L3, L4 et les bornes 7, 8 sont reliées, d'une part, à un relais ou électroaimant bistable interne 10 utilisant avantageusement un ou plu- sieurs aimants permanents et, d'autre part, à une source de signaux externes B. Entre les bornes 3, 4 est établi un circuit ll comprent en série un détecteur magnétique de surintensites 12 et interrupteur limiteur de courant 13. Entre les bornes 5, 6 est établi un circuit l: comprenant u: interrupteur-sectionneur 15. Un mécanisme accumulateur commun i6, utilisant par e:-;iL1 l'énergie d'un ressort 28, peut etre armé dans un e La 2%, désarmé dans un état D, à l'aide d'un organe de manière manuel 17 ; ces opérations cnt pour effet de produire -imule tanément la fermeture et l'ouverture des ax interrupteurs 13 et 15 grâce à des moyens de transmission 18 qui se divi- sent en deux voies 19, 20 en raison de la présence dans le boîtier d'une cloison d'isolement 21 qui sépare deux cham- bres voisines 22, 23. Afin de faciliter la compréhension, les deux contacts mobiles 13, 15 sont représentés comme des pièces soumises a l'action de ressorts de rappel 24, 25 qui tendent à les fermer, de sorte que l'état armé du mécanisme 16 provoque un déplacement des voies de transmission 19, 20 dans le sens des flèches noires. Le détecteur magnétique de surintensités 12 peut agir par une voie de transmission 27 sur le mécanisme 16 pour provoquer un déclenchement et l'amener ainsi dans son état de désarmement pour lequel les interrupteurs 15 et 13 seront ouverts. L'électro-aimant bistable 10 agit également sur le contact mobile de l'interrupteur 14 par une voie de transmission distincte 26 agissant de façon analogue à celle des voies 19, 20 et simultanément sur les deux interrupteurs 13, 15 grâce à des moyens d'accouplement 29 et à un passage à travers la cloison ; une action transmise par cette voie 26 dans le sens de la flèche blanche correspondante établit donc une ouverture des interrupteurs 13, 15 qui permet aux voies 18 et 20 de ne pas etre concernées par ces mouvements. Les deux états de l'électro-aimant 10 sont définis comme - état de repos R lorsqu'un déplacement de la voie de trans mission 26 a été effectué dans le sens de la flèche noire, et - état de travail T lorsqu'un déplacement a été effectué en sens inverse. Le fonctionnement de l'appareil qui vient d'etre décrit est le suivant - Lorsque l'électro-aimant de télécommande 10 est à l'état de repos R, les deux interrupteurs 13, 15 peuvent de façon simultanée être ouverts ou fermés par un actionnement de l'organe de manoeuvre 17 et grâce aux changements d'état A - D du mécanisme 16. La charge 9 est donc alimentée ou totalement isolée. - Lorsque l'électro-aimant de télécommande 10 est dans son état de repos R, et que le mécanisme 16 est dans son état armé A, les deux interrupteurs 13, 15 placés en série et fermés, ainsi que le détecteur magnétique 12 et la charge 9 sont parcourus par un courant. Si un fonctionnement défectueux de la charge fait apparaître une surintensité de courant importante, le détecteur magnétique 12 va provoquer le déclenchement du mécanisme 16, et par suite, l'ouverture simultanée des deux interrupteurs 13, 15. - Lorsqu'un signal de télécommande nécessité par l'établissement d'un délestage est appliqué aux bornes 7, 8 et que l'électro-aimant 10 est passé de son état stable de repos R à son état stable de travail T, la voie de transmission 26 provoque une ouverture simultanée des interrupteurs 15, 13 ; il est clair que la manoeuvre de l'organe 17 et le passage à l'état armé du mécanisme 16 ne peuvent alors provoquer la fermeture des circuits 11, 14 et que, par suite, la charge 9 sera totalement isolée. Des moyens de signalisation optiques 30 à luminescence ou à volet mobile peuvent etre associés à l'électro-aimant télécommandé 10 pour que l'utilisateur puisse en observer l'état sur une face avant 31 de l'appareil. Lorsque 1lappa- reil prend un état d'ouverture automatique ou volontaire - D -, ces derniers sont visibles sur la face avant en raison des positions correspondantes que prend de lui-memn l'organe de manoeuvre 17 lors des changements d'état. Selon un premier perfectionnement 39 de l'appareil selon l'invention, représenté à la figure l et qui est schématiquement illustré à la figure 2, le déplacement d'un noyau ou d'une palette 32, qui est excitée par le bobinage magnétique 33 du détecteur de courant 12 placé en série dans le circuit ll lorsque ce dernier atteint un seuil correspondant à un courant de court-circuit, provoque également l'introduction d'un mince écran isolant 34 entre les contacts fixes et mobiles 35 respectivement 36 de l'interrupteur 13' pour améliorer les propriétés de limitation de ce dernier ; cette introduction se fait dès que lesdits contacts viennent de se séparer d'une faible distance. Selon un second perfectionnement 40, visible à la figure 3, une bilame 37 est placée en série dans l'un des circuits ll ou 14 de façon à réagir lorsque des courants de surcharge modérés traversent le circuit pendant un intervalle de temps trop important ; la déflexion de cette bilame provoque le déclenchement du mécanisme 16 à l'aide d'une voie de transmission mécanique 38. Enfin, selon un mode de réalisation avantageux 41, dont le principe est donné à la figure 4, chacun des contacts fixes des deux interrupteurs, l'un limiteur 43 avec un écran 44, l'autre sectionneur 45, est construit sous la forme d'un contact pseudo-fixe. Ces deux contacts pseudo-fixes 50, 51 sont associés à l'aide d'un accouplement isolé 52 qui traverse la cloison 46 et qui établit leur entraînement simultané lorsque l'électro-aimant de télécommande 47 opère l'ouverture des circuits 48, 49. Selon un mode de réalisation pratique, qui est visible aux figures 5- à 9, les contacts pseudo-fixes 55, 56 sont placés à la périphérie de deux secteurs isolants 57, 58 accouplés et coaxiaux sur l'axe ZZ', voir figure 9 et, et une pièce 59 améliorant la limitation du courant de l'interrupteur 73 pour lui faire jouer un rôle d'interrupteur limiteur 130 prend la forme d'une portion d'anneau cylindrique isolant mince ou écran 59, qui est portée par un troisième secteur 61 pouvant se déplacer angulairement et concentriquement à l'axe de rotation ZZ' des contacts pseudo-fixes ; cette portion represente ici l'écran mentionné précédemment. Cet axe est perpendiculaire à une cloison isolante médiane 75 dont le rôle sera défini ultérieurement. Le bobinage 62 qui est relié par la tresse 63 au contact 55 et à une borne 6 entoure un noyau magnétisable 64 dont une collerette 65, portée par un prolongement 131, se trouve en regard d'un doigt d'entralnement 66 du secteur 61, tandis qu'une extrémité opposée 67 de ce noyau sert de percuteur pour déclencher un mécanisme armé 68 par l'intermédiaire d'un levier de transmission 69, voir figures 5 et 7. Lorsque ce mécanisme est déclenché par voie automatique, le contact mobile 71 pivote dans le sens anti-horaire et se sépare du contact pseudo-fixe 55 ; dès que l'intervalle de séparation est suffisant, l'écran isolant 59, qui a été mis quasi-simultanément en mouvement par le noyau, s'introduit entre les contacts et opère une rapide déstabilisation de l'arc. Le contact mobile 72 de l'interrupteur sectionneur 74 est analogue à celui 71 qui est utilisé dans l'interrupteur limiteur. On remarquera que dans ce cas le levier de déclenchement 69 et l'écran 59 tournent dans le meme sens H i est contraire à G. Cette dernière mesure procure un équilibrage dynamique en raison du fait que les contacts mobiles 71, 72 se déplacent alors en sens inverse G'. De part et d'autre de ces interrupteurs, est dislrosee une cloison isolante 75 qui se prolonge suffisamment séparer l'ensemble des pièces conductr.cet d chaque inter rupteur qui se trouvent sous tension, tout en comportant côté de la face avant 60 des dngagements 76.4.30 aptes laisser traverser des pieces communes aux deux interrup- teurs, telles que celles contenues dans le mécanisme 68, voir aussi la figure 7. Une utilisation rationnelle de l'espace réduit d'un modulaire de taille standardisée 90 a conduit à disposer de façon voisine et parallèle le bobinage 62 et l'électro- aimant de télécommande 81 dans des fonds 82, 89 du boîtier 90 voisins de la paroi ou des moyens de fixation 84, et a les séparer par la cloison 75. Compte tenu de la place qui est nécessitée par la présence du levier 69 dans la chambre correspondante 87, on sera amené à disposer de préférence une bilame 86 (si celle ci est utilisée) dans la chambre voisine 85 , l'extrémit4 de cette bilame peut avantageusement transmettre son mouvemer.t à un bec 88 qui est angulairement associe au levier de transmission 69 en pivotant autour d'un axe WW' perndicu- laire à la cloison 75, voir figures 6 et 7. Les tresse 91. 92, 93 et 63 permettent d'établir les liaisons électriques déformables nécessitées par les mouvements des pièces mobiles qui sont reliées à des pièces fixes telles que les bornes 6...3, les leviers de contact 71, 72 ou la bilame 86. L'électro-aimant de télécommande 81 qui est représenté à la figure 6, est ici constitué par un électro-aimant bistable connu mettant par exemple en oeuvre, une armature mobile coudée en forme de U, 95 qui traverse la carcasse d'une bobine d'excitation 96 lui servant de guide, et dont les extrémités repliées 97, 98 coopèrent avec des pièces polaires d'une culasse fixe 99 ; cette dernière comprend deux pièces magnétisables repliées en forme de U, 101, 102 entre lesquelles se trouve un aimant permanent 100. Dans chacune des positions extrêmes stables, les bras 103, 104 établissent une fermeture du flux à travers les prolongements 105, 106 respectivement 107, 108. Cet électro-aimant change d'état chaque fois qu'une impulsion de courant de sens convenable est fournie à la bobine. Une biellette d'accouplement 110 qui relie l'armature à une articulation 111 du support de contact 58 permet donc d'effectuer un actionnement simultané des deux supports. Les directions de déplacement J du percuteur 67 et K du relais bistable 81 seront de préférence parallèles aux fonds 89 respectivement 82 des chambres isolées, les bobines 62 et 96 étant alors placées entre les régions 133, 134. Les deux supports de contact 57, 58 sont en effet accouplés angulairement, par exemple à l'aide de languettes et rainures longitudinales 113, 114 qui sont portées par un moyeu 115 traversant une ouverture 129 de la cloison 75. Ce moyeu est lui-même monté sur un arbre lisse 116 servant également de pivot à l'écran 59, 61. Selon un mode de réalisation avantageux, le boîtier 90, voir figures 8, 7 et 9, peut être constitué par un corps central 117 qui porte la cloison 75 et qui reçoit, de part et d'autre de lui, des couvercles 118, 119 associés le long de plans de joint parallèles à cette cloison, les deux chambres sont donc limitées par la cloison et les couvercles. La bilame 86 et le levier de déclenchement 69 seront avantageux sement disposés dans une région 133 voisine d'une extrémité du boîtier, et les interrupteurs 73, 74 seront de préférence logés dans une région opposée 134. L'organe ou levier de commande manuelle 120 qui traverse la face avant 60 sert, d'une part, à établir la fermeture ou l'ouverture volontaire du circuit et, d'autre part, à réarmer le mécanisme 68 après une ouverture automatique. Toutefois, lorsque l'électro-aimant 81 prend l'état correspondant à une ouverture télécommandée, les contacts mobiles se trouveront en regard des parties isolantes 121, 122 des supports de contacts pseudo-fixes, ceux-ci ayant tourne simultanément en sens G, voir figures 5 et 6 ; une tentative d'établir la fermeture du circuit ne peut donc aboutir avant qu'un ordre de fermeture télécommandé soit applique à l'électro-aimant 81. Les bornes d'alimentation 123, 124 ou 125, 126 de ce dernier peuvent être placées, soit sur une face latérale 127, soit sur une face 128 voisine des bornes 4, 6, voir figures 8 et 9. Les plans de joint A, B des couvercles 119, 118 passeront avantageusement par les bornes de circuit 3 à 6 et, le cas échéant, les bornes 123...126 pourront bénéficier de la même mesure. Revendications 1. Appareil interrupteur bipolaire à ouverture automatique ou manuelle du circuit dans le boîtier isolant duquel sont disposées deux chambres de commutation parallèles et respectivement isolées par une cloison médiane, chacune de ces chambres étant équipée d'un dispositif interrupteur propre dont les contacts sont reliés à une borne d'entrée, respectivement une borne de sortie, et peuvent être actionnés par un mécanisme commun, caractérisé en ce que dans un premier demi-volume (85) du boîtier (90), limité par le plan de la cloison médiane (75) i est disposé un électro-aimant bistable (81) qui est alimenté par deux bornes particulières (123, 124) et qui est accouplé à un premier support (58) de contact pseudo-fixe (56) formant avec l'un des contacts mobiles (72) un interrupteur télécommandé (74), tandis que, dans un second demi-volume (87) placé du côté opposé de la cloison (75), sont placés un percuteur (67) ou noyau magnétisable (64) excité par une bobine (62) qui est placée en série avec un second support (57) de contact pseudo-fixe (55), formant avec l'autre contact mobile (71), d'une part, un interrupteur limiteur à ouverture automatique (130), d'autre part, un second interrupteur télécommandé (73) grâce à des moyens d'accouplement (113, 114, 115) qui traversent la cloison pour l'associer au premier contact pseudo-fixe (74). 2. Appareil interrupteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contacts pseudo-fixes (55, 56) sont portés par des supports concentriques (57, 58) aptes à pivoter autour d'un axe commun ZZ' qui est perpendiculaire à la cloison médiane (75). 3. Appareil interrupteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un levier de déclenchement (69) apte à recevoir un percuteur (67) déplacé par la bobine (62), et un bec (88) apte à recevoir un déplacement d'une bilame (86) placée en regard, sont associés entre eux de façon à pouvoir pivoter autour d'un axe commun WW' perpendiculaire à la cloison médiane (75). 4. Appareil interrupteur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'axe WW' et la bilame (86, diurne part, et l'axe ZZ' d'autre part, sont placés dans des régions (133, 134) voisines des extrémités longitudinales du boîtier (90). 5. Appareil interrupteur selon l'une des revend-ca- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les directions de déplacement J t du percuteur (67) et de l'armature (95) du relais bistable (81) sont sensiblement parallèles aux fonds (89, 82) des chambres (87, 85) du boîtier (90), les bobines i62, 95-) du relais d'intensité et respectivement de l'électro-aimant bistable (81) étant disposées entre les régions d'extrémité (133) 134). 6. Appareil interrupteur selon lune des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'interrupteur limiteur (130) t en oeuvre un écran isolant (59ì venant s'introduire rapidement et de façon rotative entre des contacts correspondants (55, 71) déjà ouverts. 7. Appareil interrupteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que cet écran isolant (59) pivote dans le même sens H que celui H' du levier de déclenchement 69) lors de l'apparition d'un courant excessif dans le circuit des interrupteurs (73, 74), et en sens inverse des sens de pivotement G' des pièces de contacts mobiles (71, 7), 8. Appareil interrupteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier (90) comprend principalement une carcasse centrale isolante ou corps (117) dans laquelle est disposée la cloison médiane (75), et deux couvercles latéraux isolants (118, 119) dont les plans de joint A, B passent sensiblement par les bornes de raccordement (3, 4, 5, 6) du circuit et, le cas échéant, par les bornes d'alimentation (123...126) du relais bistable (81).