Brevet FR2716754A1 — publié le 19950901

Limiteur de courant avec module de calibrage. Les disjoncteurs de calibre industriel comme celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 782 583 nécessitent des composants actifs dont la taille leur permet de supporter la plus forte intensité disponible du courant pendant une interruption du circuit. Comme le courant de court-circuit disponible n'est limité que par l'impédance résiduelle du circuit, les disjoncteurs utilisés dans l'indus- trie ont des tailles qui leur permettent de supporter des courants de court-circuit dont l'amplitude est de plusieurs ordres de grandeur plus élevée que les défauts se produisant en raison de défauts périodiques du circuit, qui sont désignés par le terme de défauts "à variation lente" ou "de courte durée" pour les distinguer des défauts de court-circuit. Plusieurs tentatives ont été faites pour limiter la taille des composants du disjoncteur qui transportent le courant en limitant le courant de court-circuit à un niveau raisonnable. Une de ces tentatives est le disjoncteur "sans arc" décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 583 146, dans lequel le courant est transféré à une résistance variant en fonction de la tension avant la séparation des contacts pour éliminer l'arc qui se produit lors de la séparation des contacts et pour séparer rapidement les contacts dès les premiers instants de l'onde de courant. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 375 021 décrit l'utilisation de bras de contact dits "à ouverture soufflée" pour limiter le courant de surcharge du circuit à une valeur raisonnable avant que le mécanisme d'actionnement du disjoncteur ne pivote pour interrom- pre le courant du circuit. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 488 7651 décrit l'association d'un matériau (PTC) à coefficient thermique positif monté en parallèle avec une résistance métallique et en série avec une paire de contacts séparables pour limiter le courant qui est interrompu par les contacts. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 413 301 décrit l'utilisation d'un dispositif PTC ou thermistance en série avec une résistance ohmique et les contacts séparables. Le document WO 91/12643 décrit un agencement limiteur de courant à thermistance dans lequel des thermistances à contenus métal- liques différents sont couplées en série pour étendre la gamme opéra- tionnelle du limiteur de courant. Le branchement du dispositif PTC ou thermistance en série dans le circuit protégé consomme cependant une certaine énergie électrique dans la thermistance dans des conditions de courant de repos en régime permanent. La demanderesse a proposé une unité de limitation du courant qui utilise un dispositif PTC ou thermistance pour aider à limiter le courant du circuit à une valeur prédéterminée afin de permettre à des disjoncteurs à faible ampérage nominal de court-circuit d'être employés dans des circuits de distribution électrique de plus forte valeur nominale. La thermistance est branchée en parallèle avec une résistance ohmique et une paire de bras de contact à entraînement magnétique pour éviter la consommation d'énergie électrique pendant des conditions de courant de repos en régime permanent. Pour permet- tre aux limiteurs de courant qui utilisent de telles thermistances d'être employés dans des circuits électrique à fort courant nominal de court- circuit, on doit augmenter la taille de la thermistance de manière correspondante. Il serait avantageux du point de vue économique d'utiliser une thermistance de taille unique dans une large gamme de courants nominaux de court-circuit de distribution du limiteur de courant et d'éliminer ainsi les exigences de taille des thermistances. Par conséquent, un but de l'invention est de proposer un limi- teur de courant qui utilise un dispositif PTC ou thermistance unique pour une large plage de courants de fonctionnement ainsi qu'un agen- cernent de circuit dans ce limiteur pour définir le courant nominal de court-circuit du limiteur de courant. L'invention comprend une unité de limitation du courant sous la forme d'une paire de contacts séparables branchés en parallèle avec une première résistance ohmique et une première thermistance (premier dispositif PTC). Un module de calibrage, ayant la forme d'une seconde thermistance (second dispositif PTC) branchée en série avec une seconde résistance ohmique, est branché électriquement en parallèle avec la première résistance ohmique et la première thermis- tance pour augmenter la valeur nominale de court-circuit du limiteur de courant. On augmente le nombre de modules de calibrage en accord avec l'augmentation des valeurs nominales de court-circuit du limiteur de courant. Selon un premier aspect de la première invention, il est proposé un limiteur de courant qui comprend une résistance PIC disposée pour conduire un premier courant électrique en fonction d'une première valeur de la température et un second courant électri- que en fonction d'une seconde valeur de la température, la seconde température se produisant un certain laps de temps après la première valeur de la température et lui étant supérieure, et une résistance ohmique branchée électriquement en série avec la résistance PITC, cette résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de la seconde valeur de la température. Selon un second aspect de la première invention, il est proposé un limiteur de courant qui comprend une première résistance, ayant un coefficient thermique de résistance asymptotique, conçue pour produire un premier courant à une première valeur de la tempéra- ture et un second courant à une seconde valeur de la température, la seconde température se produisant un certain laps de temps après la première température et lui étant supérieure, et une seconde résistance, ayant un coefficient thermique de résistance linéaire, branchée électri- quement en série avec ladite première résistance, cette seconde résis- tance retardant ainsi le moment de l'apparition de la seconde valeur de la température. Selon un troisième aspect de la première invention, il est proposé un limiteur de courant avec des valeurs nominales de court- circuit variables, qui comprend: une enceinte; au moins une paire de bras de contact dans cette enceinte, disposés en vue d'une séparation automatique par des moyens magnétiques à l'apparition de conditions de surintensité dans les bras de contact; au moins une paire de contacts, l'un de ces contacts étant placé en une extrémité de l'un des bras de contact pour transporter un courant de circuit entre les contacts en condition de régime permanent et pour transférer le courant de circuit quand les bras de contacts se séparent; une première résistance PTC ou thermistance placée dans l'enceinte, branchée élec- triquement en parallèle avec les bras de contact; une première résis- tance ohmique placée dans l'enceinte, branchée électriquement en parallèle avec la première thermistance et les bras de contact mobiles, ce qui fait que le courant du circuit passe des contacts à la première résistance PIC et à la première résistance ohmique quand les contacts se séparent; et au moins un module de calibrage du limiteur de courant, branché électriquement en parallèle avec la première résistan- ce PTC pour limiter le courant de circuit dans la première résistance PIC. Le module de calibrage peut comprendre une seconde résis- tance PTC ou thermistance conçue pour conduire un premier courant électrique en fonction d'une première valeur de la température et un second courant électrique en fonction d'une seconde valeur de la température, la seconde température se produisant un certain laps de temps après la première température et lui étant supérieure, et une seconde résistance ohmique, branchée électriquement en série avec la seconde résistance PTC, cette seconde résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de la seconde valeur de la température. Le module de calibrage peut comprendre une seconde résis- tance PIC ou thermistance, ayant un coefficient thermique de résistan- ce asymptotique, conçue pour fournir un premier courant à une première valeur de la température et un second courant à une deuxième valeur de la température, la seconde température se produisant un certain laps de temps après la première température et lui étant supé- rieure, et une seconde résistance ohmique, ayant un coefficient thermi- que de résistance linéaire, branchée électriquement en série avec la seconde résistance PTC, la seconde résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de la seconde valeur de la température. La résistance PTC peut comprendre un polymère conducteur. Le limiteur de courant peut comprendre en outre un moteur à encoches magnétiques disposé autour des bras de contact mobiles pour favoriser la séparation des bras de contact mobiles à la survenue de la condition de surintensité. La résistance ohmique peut comprendre du tungstène ou du tantale. Le limiteur de courant peut comprendre en outre un disjonc- teur branché électriquement en série avec les contacts, la première résistance PTC et la première résistance ohmique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, prise en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un premier circuit de limitation du courant; - la figure 2 est une représentation schématique d'un circuit de limitation du courant selon la présente invention; et - la figure 3 est une représentation graphique du transfert de courant dans les composants du circuit de la figure 2. Une unité 10 de limitation du courant est représentée à la figure 1. L'unité est contenue dans une enceinte 16 et comprend une paire de contacts 11 à entraînement magnétique placés dans une branche parallèle 18 qui relie entre eux les bus parallèles 9, 10. Les contacts sont disposés de manière à s'ouvrir lorsque survient un courant de court-circuit dans un circuit de distribution électrique poly- phasé dont une phase est indiquée par les conducteurs 21, 22 qui sont raccordés à l'unité de limitation au moyen des bornes 14, 15, comme indiqué. Lors d'une séparation des contacts 1 1 à entraînement magnéti- que, le courant de court-circuit traverse d'abord la thermistance 12 (dispositif PTC) se trouvant dans la branche parallèle 19, jusqu'à ce que cette thermistance atteigne une température élevée prédéterminée. La résistance accrue à cette température élevée dirige le courant de court-circuit à travers la résistance ohmique 13 se trouvant dans la branche parallèle 20. Le courant de circuit est ainsi maintenu à une valeur suffisamment basse et est interrompu lors du fonctionnement du disjoncteur 17 placé en aval de la source d'alimentation branchée au conducteur 22 et à la charge 7, elle-même branchée au conducteur 21. La taille de la thermistance et celle de la résistance ohmique sont choisies en fonction de la valeur nominale de court-circuit du circuit protégé et cela nécessite des thermistances et des résistances ohmiques plus grosses en proportion du niveau disponible de court-circuit. L'unité 24 de limitation du courant selon la présente inven- tion est représentée dans l'enceinte expansible 23 de la figure 2 et des repères numériques similaires à ceux de la figure 1 seront employés lorsque c'est possible. Les composants du limiteur de courant, tels que les contacts 11 à entraînement magnétique se trouvant dans la branche 18, la thermistance 12 (unité PIC) se trouvant dans la branche 19 et la résistance ohmique 13 se trouvant dans la branche 20, sont raccordés de manière similaire au disjoncteur 17 placé en aval comme décrit pré- cédemment pour la figure 1. Pour compenser les valeurs nominales plus élevées du courant de circuit, un module de calibrage tel que 25A est branché entre les bus 9, 10 et consiste en une seconde unité PTC ou thermistance 26A et une seconde résistance ohmique 27A qui sont branchées électriquement en série l'une avec l'autre et en parallèle avec les contacts 18, la thermistance 12 et la résistance ohmique 13 de l'unité de limitation du courant. Les caractéristiques électriques de la seconde thermistance et de la seconde résistance ohmique sont ajustées pour que le courant du circuit soit transféré à l'écart de la première thermistance dès que la première thermistance a atteint une valeur ohmique supérieure à la valeur ohmique combinée de la seconde thermistance 26A et de la seconde résistance ohmique 27A. Le transfert du courant hors de la première thermistance à cet instant garantit que la première thermistance ne sera pas surchauffée et détruite par les courants de circuit plus élevés. Des modules de cali- brage supplémentaires 25B-25N, qui contiennent des troisièmes unités PTC et au-delà, 26B-26N, et des troisièmes résistances ohmiques et au-delà, 27B-27N, sont ajoutés pour augmenter la capacité à supporter le courant du limiteur de courant réglable 24 comme requis. La taille standard des unités PTC 12 et 26A-26N est une caractéristique fonda- mentale de l'invention puisque des réglages de taille et de composition de l'unité PTC augmenteraient sensiblement le coût et l'efficacité de l'unité de limitation du courant. Le transfert commandé du courant du circuit entre les compo- sants de l'unité réglable de limitation du courant sera mieux vu si on se réfère maintenant à la fois aux courbes de courant de circuit 28-32 représentées à la figure 3 et au limiteur de courant réglable 24 repré- senté à la figure 2. Le courant de circuit en régime permanent I0 à l'in- stant to correspond à la courbe de courant 28 à l'apparition d'une condition de court-circuit dans le circuit électrique associé. Le courant passe d'abord vers la thermistance 12 comme indiqué par la courbe de courant 29, laquelle thermistance a au départ une température basse et une résistance faible, jusqu'au moment o la thermistance 12 atteint son état de résistance élevée, habituellement au bout de quelques millisecondes. Pendant ce temps, le courant augmente à une vitesse plus faible dans le module de calibrage 25A, comme indiqué par la courbe de courant 30. La résistance utile du module de calibrage 25A est au départ plus forte que la résistance de la thermistance 12 déter- minée par l'association des valeurs ohmiques de la seconde thermistan- ce PTC 26A et de la seconde résistance ohmique 27A. A l'instant t1, la résistance à température élevée de la thermistance 12 dépasse mainte- nant la résistance utile initiale du module de calibrage 25A, ce qui ré- sulte en un transfert du courant de la thermistance 12 au module de ca- librage 25A comme indiqué par la courbe de courant 30 en t1. Entre les instants t1 et t2, la majeure partie du courant total 28 traverse le modu- le de calibrage 35A comme on le voit sur la courbe 30. La résistance utile du module de calibrage 25B est au départ plus élevée que la ré- sistance combinée du module de calibrage 25A du fait que la valeur de la résistance ohmique 27B est supérieure à celle de la résistance ohmi- que 27A. A l'instant t2, la seconde thermistance 26A a sa température et sa résistance qui ont augmenté, de sorte que la résistance utile du module de calibrage 25A dépasse la résistance utile initiale du module B, ce qui résulte en un transfert du courant du module de calibrage 25A au module de calibrage 25B, comme indiqué par la courbe de cou- rant 31 à l'instant t2. A l'instant t3, la troisième thermistance 26B a une température et une résistance qui ont augmenté de sorte que la résis- tance combinée de la thermistance 26B et de la résistance ohmique 27B est supérieure à la valeur de résistance ohmique 13, ce qui résulte en un transfert de courant du module de calibrage 25B à la résistance ohmique 13, comme indiqué par la courbe de courant 32 à l'instant t3. Entre les instants t4 et tn, la majeure partie du courant total 28 traverse la résistance ohmique 13, comme on le voit sur la courbe 32. A l'instant tn, le disjoncteur 17 interrompt le courant de court-circuit 28 sensiblement inférieur. L'augmentation linéaire de la résistance qui caractérise les propriétés de la résistance ohmique et l'augmentation exponentielle asymptotique de la résistance qui caractérise les proprié- tés de la thermistance se combinent efficacement pour diminuer le flux de courant à travers les thermistances 12, 26A-26N et définit ainsi la température maximale de fonctionnement des thermistances qui est déterminée par ce flux de courant. On obtient cela en dimensionnant de manière appropriée les valeurs des résistances ohmiques pour que 27A soit inférieure à 27B, elle-même inférieure à 13, ce qui permet que les thermistances (PTC) 12, 26A-26N aient de manière économi- que toutes la même taille et la même composition. Des augmentations supplémentaires du courant total à travers l'unité 24 de limitation du courant sont obtenues par l'addition de modules de calibrage jusqu'à 25N pour pulser le courant plus impor- tant à travers le réseau logique en cascade afin d'empêcher une surchauffe de l'une quelconque des unités PIC. Cela permet d'obtenir un limiteur de courant réglable qui peut être utilisé sur une large plage de courants de court-circuit avec une perte d'énergie minimale pendant des conditions de courant de fonctionnement en régime permanent à l'état stable. I1 est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des varian- tes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Limiteur de courant caractérisé en ce qu'il comprend - une résistance PTC (26A) disposée pour conduire un premier courant électrique en fonction d'une première valeur de la température et un second courant électrique en fonction d'une seconde valeur de la température, ladite seconde température se produisant un certain laps de temps après ladite première valeur de la température et étant supérieure à ladite première température, et - une résistance ohmique (27A) branchée électriquement en série avec ladite résistance PTC, ladite résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de ladite seconde valeur de tempéra- ture. 2. Limiteur de courant caractérisé en ce qu'il comprend: - une première résistance, ayant un coefficient thermique de résistance asymptotique, disposée pour produire un premier courant à une première valeur de la température et un second courant à une seconde valeur de la température, ladite seconde température se produisant un certain laps de temps après ladite première température et étant supérieure à ladite première température, et - une seconde résistance, ayant un coefficient thermique de résistance linéaire, branchée électriquement en série avec ladite première résistance, ladite seconde résistance retardant ainsi le moment de l'apparition de ladite seconde valeur de température. 3. Limiteur de courant avec des valeurs nominales de court- circuit variables, caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte (23), au moins une paire de bras de contact dans ladite enceinte, disposés en vue d'une séparation automatique par des moyens magnéti- ques à l'apparition de conditions de surintensité dans lesdits bras de contact, - au moins une paire de contacts (11), l'un desdits contacts étant placé en une extrémité de l'un desdits bras de contact pour transporter un courant de circuit entre lesdits contacts en condition de régime permanent et pour transférer le courant de circuit quand lesdits bras de contacts se séparent, - une première résistance PIC placée dans ladite enceinte, branchée électriquement en parallèle avec lesdits bras de contact, - une première résistance ohmique placée dans ladite encein- te, branchée électriquement en parallèle avec ladite première résistan- ce PTC et lesdits bras de contact mobiles, ce qui fait que le courant du circuit passe desdits contacts à ladite première résistance PITC et à ladite première résistance ohmique quand lesdits contacts se séparent, et - au moins un module de calibrage (25A,....., 25N) du limi- teur de courant, branché électriquement en parallèle avec ladite première résistance PTC pour limiter ledit courant de circuit dans ladite première résistance PTC. 4. Limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit module de calibrage comprend: - une seconde résistance PIC conçue pour conduire un premier courant électrique en fonction d'une première valeur de la température et un second courant électrique en fonction d'une seconde valeur de la température, ladite seconde température se produisant un certain laps de temps après ladite première température et étant supé- rieure à ladite première température, et - une seconde résistance ohmique, branchée électriquement en série avec ladite seconde résistance PIC, ladite seconde résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de ladite seconde valeur de la température. 5. Limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit module de calibrage comprend: - une seconde résistance PIC, ayant un coefficient thermique de résistance asymptotique, conçue pour fournir un premier courant à une première valeur de la température et un second courant à une deuxième valeur de la température, ladite seconde température se produisant un certain laps de temps après ladite première température et étant supérieure à ladite première température, et - une seconde résistance ohmique, ayant un coefficient thermique de résistance linéaire, branchée électriquement en série avec ladite seconde résistance PITC, ladite seconde résistance ohmique retardant ainsi le moment de l'apparition de ladite seconde valeur de la température. 6. Limiteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résistance PTC comprend un polymère conducteur. 7. Limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moteur à encoches magnétiques disposé autour desdits bras de contact mobiles pour favoriser la séparation des bras de contact mobiles à la survenue de ladite condition de surinten- sité. 8. Limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite résistance ohmique comprend du tungstène ou du tantale. 9. Limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un disjoncteur (17) branché électriquement en série avec lesdits contacts, ladite première résistance PIC et ladite première résistance ohmique.