Brevet FR2661776A1 — publié le 19911108

DECLENCHEUR INSTANTANE D'UN DISJONCTEUR L'invention est relative à un déclencheur d'un disjoncteur électrique à boîtier moulé ayant par pôle une paire de contacts sollicités élastiquement au contact en position fermé du disjoncteur et susceptibles de se séparer sous l'action de forces électrodynamiques de répulsion lorsque le courant parcourant les contacts dépasse un seuil prédéterminé pour engendrer une limitation dudit courant, ledit déclencheur ayant un détecteur de défaut de surcharge et/ou de court-circuit qui actionne un mécanisme de commande d'ouverture automatique du disjoncteur sur défaut. Les disjoncteurs limiteurs, notamment à boitier moulé, présentent l'avantage de limiter la valeur du courant de court- circuit et de diminuer ainsi les contraintes imposées aux appareils et câbles protégés par le disjoncteur, ainsi que celles imposées au disjoncteur lui-même. L'effet de limitation résulte d'une ouverture ultra-rapide des contacts par répulsion électrodynamique, cette ouverture d'un ou de plusieurs pôles étant confirmée et généralisée à l'ensemble des pôles par le déclencheur sur défaut, du type standard ou électronique L'ouverture rapide d'un disjoncteur limiteur est difficilement compatible avec la sélectivité de déclenchement qui exige une ouverture du disjoncteur directement en amont du défaut, tandis que les autres disjoncteurs en amont restent fermés pour assurer la continuité de l'alimentation de la partie saine du réseau On a essayé d'assurer les conditions de sélectivité entre deux disjoncteurs disposés en série, en coordonnant leur courbe de déclenchement, mais ces conditions sont difficiles à tenir car les temps impartis sont extrêmement courts Les phénomènes de saturation masquent souvent la mesure des différences des courants à couper, et la sélectivité n'est pas toujours assurée. la présente invention part de la constatation, qu'une coupure dans un disj oncteur limiteur engendre touj ours une tension d'arc importante, et de ce fait une énergie d'arc notable se traduisant par une augmentation de la pression dans la zone de coupure. Cette augmentation de pression est ultra-rapide et représentative du courant limité par le disjoncteur. Le but de la présente invention est de réaliser un déclencheur pour disjoncteur à boîtier moulé assurant à la fois la limitation et la sélectivité de déclenchement, par des moyens simples. Le déclencheur selon l'invention est caractérisé en ce que ledit déclencheur comporte un détecteur d'une surpression engendrée dans la zone desdits contacts par un arc tiré lors d'une répulsion électrodynamique des contacts et que ledit détecteur de surpression actionne le mécanisme d'ouverture du disjoncteur. La pression dans la zone des contacts, notamment dans la chambre de coupure, est une fonction directe de la puissance de l'arc, et elle peut atteindre rapidement des valeurs importantes, par exemple de 3 à 10 bars Cette surpression peut être mesurée par tout moyen approprié, notamment par un simple dispositif à membrane ou à piston mobile soumis à l'action de la pression, et agissant sur le mécanisme de déclenchement du disjoncteur La montée en pression et la transmission de cette pression au détecteur sont d'autant plus rapides que les courants sont élevés Le dispositif est par contre non sensible aux faibles courants, et un déclenchement intempestif sur une simple surcharge peut facilement être évité en prévoyant un ressort de rappel du piston, ou de la membrane de mesure La sélectivité peut être assurée d'une manière analogue par l'emploi d'un ressort de rappel taré de fa çon à déclencher à une pression prédéterminée En effet, lorsque deux disjoncteurs de calibres différents sont traversés par le même courant de court-circuit, la pression dans le disjoncteur amont est nettement moins élevée que s'il avait coupé seul et on assure automatiquement une sélectivité d'une manière particulièrement simple, car seul le disjoncteur ayant le calibre le plus faible déclenche Cette sélectivité est absolument indépendante du détecteur de défaut de surcharge et/ou de court-circuit, dont la conception peut être adaptée à son rôle d'intervention aux petits courants. L'action du détecteur de défaut peut être faiblement temporisée afin d'éviter toute interférence avec le détecteur de surpression, qui assure la protection instantanée dès qu'il le faut. Selon un développement de l'invention, chaque pôle d'un disjoncteur multipolaire comporte un détecteur de surpression, de manière à intervenir dès l'apparition d'une surpression dans l'un quelconque des pôles, et réaliser le déclenchement le plus rapidement possible Le piston du détecteur de surpression peut être commun aux différents pales, ceux-ci étant reliés au piston par des conduits équipés d'un dispositif de non retour La chambre de coupure de chaque pôle peut bien entendu être reliée à un piston individuel, les différents pistons agissant sur une même barre de déclenchement Les différentes chambres de coupure sont de préférence connectées à un collecteur commun avec interposition d'un clapet de non retour, ce collecteur étant lui-même relié par un conduit au piston ou à la membrane de détection de surpression, qui agit sur la barre de déclenchement du disjoncteur Le déclenchement sur défaut peut être obtenu par un déclencheur standard thermique ou électromagnétique, ou par un déclencheur statique à relais polarisé Tous ces déclencheurs agissent sur la même barre de déclenchement qui libère le mécanisme d'ouverture du disjoncteur, d'une manière bien connue des spécialistes. Les surpressions sont importantes, et le détecteur de surpression peut de ce fait comporter un piston de faible surface, de l'ordre de un centimètre carré, et ce faible: encombrement facilite le logement dans un boîtier moulé, éventuellement d'un appareil existant. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement 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 schématique en coupe axiale d'un pôle d'un disjoncteur équipé d'un déclencheur à surpression selon l'invention; la figure 2 est une vue à échelle agrandie du détecteur de surpression selon la figure 1; la figure 3 est une vue schématique du détecteur de surpression associé à un disjoncteur tripolaire; la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un détecteur de surpression associé à un relais polarisé d'un déclencheur statique; la figure 5 représente les courbes de variation des caractéristiques de déclenchement. Sur la figure 1, un pôle d'un disjoncteur à bottier moulé 10, comporte une paire de contacts i, 1 2 disposés dans une chambre de coupure 13 équipée de tôles de désionisation 14 La chambre de coupure 13 est délimitée par des cloisons 15 dont l'une est traversée par un bras 16 de support du contact mobile 12 La chambre de coupure 13 est quasi-étanche et communique par un canal 1 7 de section restreinte avec l'extérieur du boîtier moulé Le bras de contact mobile 16 est monté à pivotement sur un barreau 18 appartenant à un mécanisme de commande 19, ayant une manette 20 d'ouverture et de fermeture manuelle des contacts 11,12 et un accrochage 21 de commande de déclenchement du mécanisme 19 Le contact mobile 12 est sollicité par un ressort 22 en position de fermeture, en étant capable de pivoter dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sous la force de répulsion électrodynamique engendrée par le courant parcourant le bras de contact 16 et les contacts 11,12 L'accrochage 21 est commandé par une barre de déclenchement 23 commune aux différents pôles du disjoncteur Le disjoncteur comporte un déclencheur standard à bilame 24, et à bobine électromagnétique , agissant tous deux sur la barre de déclenchement 23 Un tel disjoncteur est bien connu des spécialistes et il est inutile de le décrire plus en détail Il suffit de rappeler que lors d'un court-circuit la répulsion des contacts 11,12 provoque une ouverture rapide de ces contacts, à l'encontre de la force du ressort 22, cette ouverture rapide provoquant une limitation du courant de court-circuit L'ouverture des contacts 11,12 est confirmée par l'intervention du déclencheur électromagnétique agissant par l'intermédiaire de la barre de déclenchement 23 sur l'accrochage 21, qui ouvre le mécanisme 19 du disjoncteur. Selon la présente invention, le disjoncteur comporte un détecteur de surpression constitué par un ensemble piston 26, cylindre 27 coopérant avec la barre de déclenchement 23 En se référant plus particulièrement à la figure 2, on voit que le piston 26 monté à coulissement dans le cylindre 27 porte une tige 28 susceptible de frapper la barre de déclenchement 23 Un ressort de rappel 29 maintient le piston 26 en position rétractée, représenté sur la figure 2 La face opposée à la tige 28 du piston 26 est soumise à la pression régnant dans la chambre qui communique par un conduit 31 avec la chambre de coupure 13. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le conduit 31 débouche dans la chambre 13 au voisinage des tôles de désionisation 14, mais la prise de pression peut être effectuée en un emplacement quelconque de la chambre 13, l'uniformisation de la pression à l'intérieur de cette chambre étant quasi-instantanée. Le fonctionnement du disjoncteur selon l'invention découle de l'exposé précédent Lors d'une ouverture sur court-circuit des contacts 11,12, l'arc tiré entre ces contacts produit un échauffement du gaz contenu dans la chambre de coupure 13 et par conséquent une augmentation de la pression, fonction directe de l'énergie de l'arc Cette augmentation de la pression est transmise par le conduit 31 à la chambre 30, et provoque dès que cette surpression dépasse la force du ressort de rappel 29, un coulissement vers la gauche du piston 26, et un actionnement de la barre de déclenchement 23 provoquant l'ouverture du mécanisme 19, confirmant la séparation des contacts 11,12 La détection d'un arc de courant fort est extrêmement rapide, tandis que le détecteur de surpression 26,27 n'intervient pratiquement pas lors d'une coupure normale ou d'un faible courant, la surpression engendrée dans la chambre de coupure 13 étant insuffisante pour vaincre la force du ressort de rappel 29 Ce même ressort 29 permet d'assurer la sélectivité entre deux disjoncteurs de calibres différents traversés par le même courant de court-circuit car la pression développée sera moins élevée que s'il avait été seul à couper. Le disjoncteur peut être multipolaire et dans ce cas, chaque p'le peut être équipé de son propre détecteur de surpression 26,27 agissant sur la barre de déclenchement 23 Lors d'un court- circuit, le pôle le plus chargé provoque le déclenchement par l'augmentation de la pression dans sa chambre de coupure 13, ce déclenchement provoquant l'ouverture de l'ensemble des pôles du disjoncteur. Dans une variante de réalisation illustrée par la figure 3, trois pôles Pl P 2,P 3 d'un disjoncteur tripolaire-communiquent par des conduits 31 avec un collecteur 32, lui-même relié à la chambre 30 du détecteur de surpression 26,27 L'orifice de débouchement des conduits 31 dans le collecteur 32 est susceptible d'être obturé par un clapet de non retour 33, empêchant le passage des gaz d'un pôle vers l'autre Dans l'exemple représenté sur la figure 3, la montée en pression dans la chambre de coupure du premier pôle Pl est la plus rapide, et cette pression est transmise par le conduit 31 et le collecteur 32 au détecteur de surpression 26,27, le clapet 33 étant ouvert Les deux autres pôles P 2, P 3 sont isolés du collecteur 32 par la fermeture de leur clapet correspondant 33. L'invention est applicable -à des disjoncteurs à déclencheur statique utilisant des transformateurs de courant de détection de surcharge ou de court-circuit Ces transformateurs de courant fournissent un signal à un ensemble de traitement électronique qui délivre un ordre de déclenchement à un relais polarisé 34 lors du dépassement de seuils prédéterminés En se référant à la figure 4, on voit que le relais polarisé 34 comporte un noyau plongeur 35 maintenu en position de retrait par un aimant permanent 36, et sollicité en position de commande de la barre de déclenchement 23, par l'intermédiaire d'un poussoir 38, par un ressort 37 L'ordre de déclenchement est transmis à une bobine 39 qui libère le noyau 35 Le détecteur de surpression 26,27 est adjacent au relais polarisé 34 et la tige 28 est disposée en regard de la barre de déclenchement 23 pour actionner cette dernière lors d'une surpression La barre de déclenchement 23 porte une patte 40, susceptible de coopérer avec la face arrière de la tête du poussoir 38, en laissant subsister un jeu "j", suffisant pour le déplacement de la barre de déclenchement 23 sous l'action du détecteur de surpression 26,27, sans déplacement du noyau 35 du relais 34; Cette patte 40 provoque après déclenchement du mécanisme 19, le désarmement du relais polarisé 34. Le fonctionnement du disjoncteur à déclencheur statique est bien entendu identique à celui décrit ci-dessus avec un déclencheur standard Dans les deux cas, l'intervention ultra-rapide du déclencheur à surpression autorise une faible temporisation du déclencheur sur défaut, cette temporisation pouvant être obtenue par un simple j eu entre le déclencheur électromagnétique et la barre de déclenchement, ou entre le relais polarisé 34 et cette barre de déclenchement 23 Tout autre moyen de retardement, par exemple du type à masselotte est utilisable. Les courbes de la figure 5 montrent le mode d'action du déclencheur à surpression selon l'invention La courbe "a" montre la distance de séparation des contacts 11,12, lors d'une ouverture sur court-circuit par répulsion électrodynamique du contact mobile 12 La courbe "b" montre la variation de la tension d'arc correspondant à l'ouverture des contacts 11, 1 2 La courbe "c" illustre la croissance du courant de court-circuit présumé, tandis que la courbe "d" correspond au courant limité par la répulsion électrodynamique des contacts 11,12 La courbe 11 e" montre la variation de la pression dans la chambre de coupure 13 La séparation des contacts 11,12 intervient à un instant "t," et le détecteur de surpression provoque l'ouverture du mécanisme 19, et de ce fait, celle des trois pôles du disjoncteur à un instant "t 2 " confirmant l'ouverture des contacts par répulsion électrodynamique Un piston 26, d'un diamètre de 1 Omm a permis d'obtenir des forces largement suffisantes pour actionner la barre de déclenchement 23 Un piston de cette taille peut facilement être logé dans le boîtier moulé 10, et le conduit 31 de faible section permet le captage de la pression en un emplacement quelconque de la chambre de coupure 13 L'étanchéité usuelle des chambre de coupure 13 est largement suffisante pour obtenir des surpressions suffisantes, et il est inutile de prévoir des moyens additionnels d'étanchéité de ces chambres. L'ensemble est particulièrement simple et la sélectivité est obtenue par l'emploi de ressorts de rappel 29 de dimension appropriée. L'invention est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit, et elle est applicable à tout type de disjoncteur à boîtier moulé. REVENDICATIONS 1 Déclencheur d'un disjoncteur électrique à boîtier moulé ( 10) ayant par pôle une paire de contacts ( 11,12) sollicités élastiquement au contact en position fermé du disjoncteur et susceptibles de se séparer sous l'action de forces électrodynamiques de répulsion lorsque le courant parcourant les contacts ( 11,12) dépasse un seuil prédéterminé pour engendrer une limitation dudit courant, ledit déclencheur ayant un détecteur de défaut de surcharge ( 24) et/ou de court-circuit ( 25) qui actionne un mécanisme de commande ( 19) d'ouverture automatique du disjoncteur sur défaut, caractérisé en ce que ledit déclencheur comporte un détecteur ( 26,27) d'une surpression engendrée dans la zone desdits contacts ( 11,12) par un arc tiré lors d'une répulsion électrodynamique des contacts et que ledit détecteur de surpression ( 26,27) actionne le mécanisme d'ouverture ( 19) du disjoncteur. 2 Déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits contacts ( 11,12) sont disposés dans une chambre de coupure ( 13) partiellement étanche, et que ledit détecteur de surpression ( 26,27) réagit à une surpression régnant dans ladite chambre ( 13). 3 Déclencheur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit détecteur de surpression comporte un élément mobile tel qu'un piston ( 26) ou une membrane soumis à ladite surpression, et à un dispositif de rappel taré ( 29), et que le déplacement dudit élément ( 26) provoque le déclenchement dudit mécanisme ( 19) d'ouverture du disjoncteur, ledit dispositif de rappel taré ( 29) étant agencé pour éviter un déclenchement intempestif lors d'une simple surcharge ou lors de l'intervention d'un disjoncteur limiteur aval. 4 Déclencheur d'un disjoncteur multipolaire selon la revendication 1,2 ou 3, caractérisé en ce que chaque pôle coopère avec un détecteur de surpression ( 26,27) pour provoquer 1 O l'ouverture du disjoncteur multipolaire lors d'une surpression engendrée dans l'un quelconque desdits pôles. Déclencheur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément mobile ( 26) soumis a la surpression est commun à l'ensemble des pôles et est relié à chacun des pôles par un conduit ( 31,32) équipé d'un dispositif anti-retour ( 33). 6 Déclencheur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément mobile ( 26) communique avec un collecteur ( 32) commun à tous les pôles et communiquant avec la zone de contacts ( 11,12) de chacun des pôles par un conduit ( 31) doté d'un clapet anti-retour ( 33). 7 Déclencheur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit détecteur de défaut comporte un élément thermique ( 24) et/ou un élément électromagnétique ( 25) parcouru par le courant et agissant sur une barre de déclenchement ( 23) et que ledit détecteur de surpression ( 26,27) agit sur la même barre de déclenchement ( 23), l'action du détecteur de défaut étant temporisée par rapport à celle du détecteur de surpression pour assurer une sélectivité de déclenchement. 8 Déclencheur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur de défaut comporte un capteur de courant qui transmet à un ensemble de traitement statique des signaux de défaut, ledit ensemble élaborant un ordre de déclenchement du disjoncteur lors d'un dépassement de seuils prédéterminés, à un relais polarisé ( 34), et que l'action du relais polarisé ( 34) est temporisée par rapport à celle du détecteur de surpression ( 26,27).