Brevet FR2738952A1 — publié le 19970321

DISJONCTEUR DE PROTECTION CONTRE LES FUITES A LA MASSE La présente invention concerne un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse et, en particulier, un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse qui comporte un transformateur de courant à phase nulle ayant une structure de blindage magnétique adaptée pour une miniaturisation. Dans un disjoncteur habituel de protection contre les fuites à la masse, tel que décrit dans le document JP A- 6-267 396, un blindage magnétique est assuré sur tout l'extérieur d'un noyau et d'un enroulement secondaire d'un transformateur de courant à phase nulle afin d'améliorer les caractéristiques d'équilibre. Dans la technique habituelle, il est nécessaire d'augmenter le volume total du blindage magnétique pour améliorer les caractéristiques d'équilibre. En résultat, les dimensions du transformateur de courant à phase nulle deviennent importantes et, par conséquent, les dimensions du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse deviennent importantes lorsque le transformateur de courant à phase nulle est monté dans le boîtier du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse. En conséquence, il s'est révélé difficile d'obtenir un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse qui soit petit en termes de dimensions et meilleur en termes de caractéristiques d'équilibre. Par conséquent, un but de la présente invention consiste à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus afin de fournir un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse qui soit petit en termes de dimensions et meilleur en termes de caractéristiques d'équilibre. Pour atteindre le but mentionné ci-dessus, conformément à un aspect de la présente invention, un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse comporte des bornes situées côté alimentation électrique, agencées pour plusieurs pôles, respectivement, des bornes situées côté charge, agencées en correspondance avec les bornes situées côté alimentation électrique des pôles respectifs, des porte-contacts fixes, connectés électriquement aux bornes situées côté alimentation électrique, des porte-contacts mobiles agencés en vis-à-vis des porte-contacts fixes, des conducteurs connectés électriquement aux porte-contacts mobiles et aux bornes situées côté charge, un transformateur de courant à phase nulle à travers lequel les conducteurs destinés aux plusieurs pôles sont disposés, des moyens de détection de fuite à la masse destinés à détecter une fuite à la masse sur la base d'une sortie du transformateur de courant à phase nulle, et un mécanisme de disjoncteur destiné à ouvrir les porte-contacts mobiles sur la base d'une sortie provenant des moyens de détection de fuite à la masse, dans lequel chacun des conducteurs a la forme d'un barreau plat, et le conducteur destiné à au moins l'un des plusieurs pôles a une partie incurvée à proximité d'une partie qui est disposée à travers le transformateur de courant à phase nulle ; et le transformateur de courant à phase nulle a une partie de blindage magnétique qui est agencée dans une partie de celui-ci qui se trouve en vis-à-vis de la partie incurvée. Etant réalisé sous la forme d'un barreau plat, chaque conducteur peut être plié en formant un U au niveau de sa partie incurvée de sorte que la longueur du conducteur dans la direction de l'épaisseur du noyau, au niveau de la partie de celui-ci qui s'étend à travers le transformateur de courant à phase nulle, peut être réduite. De plus, la partie de blindage magnétique agencée dans la partie située en vis-à-vis de la partie incurvée du transfor mateur de courant à phase nulle peut prévenir l'influence d'un courant du conducteur, même si le conducteur vient à proximité du noyau du transformateur de courant à phase nulle, de sorte que les caractéristiques d'équilibre voulues peuvent être obtenues.En outre, la partie incurvée et la partie de blindage magnétique partiel peuvent éviter que le transformateur de courant à phase nulle ait des dimensions extrêmement importantes, de sorte qu'il est possible d'éviter que le disjoncteur de protection contre les fuites à la masse ne nécessite un boîtier de dimensions importantes. Selon la présente invention, il est possible de minimiser les dimensions d'un transformateur de courant à phase nulle, et il est possible de fournir un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse qui soit petit en termes de dimensions et meilleur en termes de caractéristiques d'équilibre. On va maintenant décrire des modes de réalisation de la présente invention, à titre d'exemple uniquement, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue de dessus d'un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une vue en coupe du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle d'une partie située côté charge du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 4 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie située côté charge du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du premier mode de réalisation de la présente invention, - les figures SA à 5D sont des schémas utilisés pour expliquer les effets des caractéristiques d'équilibre du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du premier mode de réalisation de la présente invention, la figure 5A étant un schéma représentant l'agencement d'un transformateur de courant à phase nulle non-muni d'une partie de blindage magnétique et de conducteurs pénétrant dans le transformateur de courant à phase nulle, la figure 5B étant un schéma représentant l'agencement d'un transformateur de courant à phase nulle partiellement muni d'une partie de blindage magnétique et de conducteurs pénétrant dans le transformateur de courant à phase nulle, la figure 5C étant un schéma représentant les résultats expérimentaux relatifs aux caractéristiques d'équilibre dans le cas où une partie de blindage magnétique n'est pas agencée et dans le cas où une partie de blindage magnétique du présent mode de réalisation est agencée, et la figure 5D étant un schéma représentant les résultats expérimentaux de la figure 5C sous la forme d'un graphique, - les figures 6A et 6B sont des vues en perspective d'un transformateur de courant à phase nulle du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du premier mode de réalisation de la présente invention, la figure 6A étant une vue en perspective représentant l'aspect du transformateur de courant à phase nulle du présent mode de réalisation, et la figure 6B étant une vue en perspective représentant une configuration spécifique du transformateur de courant à phase nulle du présent mode de réalisation, - les figures 7A à 7C sont des vues en perspective représentant chacune une variante du transformateur de courant à phase nulle du premier mode de réalisation de la présente invention, la figure 7A étant une vue en perspective représentant l'aspect du transformateur de courant à phase nulle de cette variante, la figure 7B étant une vue en perspective représentant une configuration spécifique du transformateur de courant à phase nulle de cette variante, et la figure 7C étant une vue en perspective représentant une autre configuration spécifique du transformateur de courant à phase nulle de cette variante, - la figure 8 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie située côté charge d'un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon un second mode de réalisation de la présente invention, et - les figures 9A et 9B sont des vues représentant la relation de position qui existe entre un transformateur de courant à phase nulle du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse, les conducteurs pénétrant dans le transformateur de courant à phase nulle, et le blindage magnétique dans le cas du premier mode de réalisation de la présente invention, la figure 9A étant une vue de dessus représentant la relation de position existant entre le transformateur de courant à phase nulle et les conducteurs disposés à travers le transformateur de courant à phase nulle, et la figure 9B étant une vue représentant la relation de position existant entre le transformateur de courant à phase nulle et les conducteurs disposés à travers le transformateur de courant à phase nulle. Un premier mode de réalisation de la présente invention va être décrit en référence aux figures 1 à 7 et aux figures 9A et 9B. La figure 1 est une vue de dessus d'un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du présent mode de réalisation. La figure 2 est une vue en coupe de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle d'une partie située côté charge de la figure 1. La figure 4 est une vue à plus grande échelle de la partie située côté charge de la figure 2. Les figures 5A à 5D représentent les résultats expérimentaux concernant les caractéristiques d'équilibre, et les figures 6A et 6B sont des vues en perspective d'un transformateur de courant à phase nulle. Les figures 9A et 9B sont des schémas représentant la relation de position existant entre un transformateur de courant à phase nulle, des conducteurs disposés à travers le transformateur de courant à phase nulle, et un blindage magnétique, conformément au présent mode de réalisation. Dans le disjoncteur de protection contre les fuites à la masse du présent mode de réalisation, un transformateur de courant à phase nulle 2 (appelé par la suite "TCN"), un carter 4 pour carte imprimée contenant une carte imprimée 3 sur laquelle sont montés des moyens de détection de fuite à la masse 60 destinés à détecter une fuite à la masse sur la base de la sortie du TCN 2, une partie de mécanisme 5 en tant que mécanisme du disjoncteur, un porte-contact mobile 42 et un porte-contact fixe 32, et un dispositif de confinement d'arc 70 sont contenus dans un boîtier 50 ayant pratiquement la forme d'un parallélépipède rectangle, constitué d'un couvercle 7 et d'un carter 8. Le TCN 2 est disposé à proximité d'une borne 40 située côté charge, et la carte imprimée 3 et le carter 4 pour carte imprimée sont agencés au-dessus du TCN 2.La partie de mécanisme 5 et une poignée 6 destinée à actionner manuel le ment cette partie de mécanisme 5 sont contenues pratiquement dans la partie centrale du boîtier 50, comme représenté sur les figures 1 et 2. Le porte-contact mobile 42 est connecté à la partie de mécanisme 5, et le porte-contact fixe 32 est disposé, dans la partie inférieure du carter 8, au niveau d'une position située en vis-à-vis de ce porte-contact mobile 42. Le dispositif de confinement d'arc 70 est disposé à proximité d'une borne 30 située côté alimentation électrique, dans un espace.Dans un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse d'intensité nominale de 400 A ou plus, sont agencées en substance une borne 9 située côté alimentation électrique auxiliaire et une borne 10 située côté charge auxiliaire pour amener un courant important à circuler dans la borne 30 située côté alimentation électrique normale et la borne 40 située côté charge normale. Une première plaque conductrice 1, une deuxième plaque conductrice 11 et une troisième plaque conductrice 12, comportant chacune une partie incurvée formée comme représenté sur les figures 3 et 4, sont agencées de manière à être disposées à travers le TCN 2, et le carter 4 pour carte imprimée, la carte imprimée 3 et un couvercle 17 de carte sont disposés au-dessus de ces plaques conductri ces.Dans le présent mode de réalisation, les parties de circuit qui sont montées sur la carte imprimée sont fixées du côté opposé au TCN 2 dans le carter 4 pour carte (du côté situé en vis-à-vis d'une partie inférieure 50a du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse). Lorsque des indicateurs, tels que des indicateurs à LED, des indicateurs à cristaux liquides, etc. sont agencés pour fournir une indication de fonctionnement, une pré-alarme, etc., le couvercle 17 de carte est réalisé en un matériau transparent, et les indicateurs sont installés en vis-à-vis du couvercle 17 de carte du côté opposé au TCN 2 dans le carter pour carte (du côté situé en vis-à-vis d'une surface 50b du disjoncteur de protection contre les fuites à la masse). Un conducteur réalisé sous la forme d'un barreau plat est connecté électriquement par l'intermédiaire d'un conducteur flexible 43 au porte-contact mobile 42 pour chaque pole. Le conducteur est constitué de la première plaque conductrice 1, de la deuxième plaque conductrice 11 et de la troisième plaque conductrice 12, comme représenté sur la figure 4, dans le présent mode de réalisation. Des parties incurvées en forme de U la et 12a, au niveau de parties disposées à travers le TCN 2, sont formées sur la première plaque conductrice 1 et la troisième plaque conductrice 12, respectivement. Du fait que les parties incurvées en forme de U sont incurvées pratiquement à angle droit respectivement dans le présent mode de réalisation, la longueur de chaque partie de la première plaque conductrice 1 et de la troisième plaque conductrice 12 disposées à travers le TCN 2 est tout simplement la somme de la longueur axiale du noyau 2a du TCN 2 (la longueur dans le sens de l'épaisseur du noyau 2a) et de la longueur de l'entrefer (de l'ordre de plusieurs mm) qu'il est nécessaire de prévoir à l'assemblage entre les conducteurs 1 et 12 et la surface du noyau 2a. En conséquence, la partie au niveau de laquelle les conducteurs 1, 11 et 12 s'étendent à travers le TCN 2 peut être réduite en termes de dimensions.De plus, le TCN 2 a une partie de blindage magnétique 2b qui est plus large que n'importe laquelle des première et troisième plaques conductrices 1 et 12 dans la direction droite-gauche sur la figure 4 (dans la direction perpendiculaire à la direction d'extension de la première plaque conductrice 1, de la deuxième plaque conductrice 11 et de la troisième plaque conductrice 12 à travers le TCN 2). Dans le présent mode de réalisation, les bornes 40 situées côté charge sont formées respectivement venues de matière avec les parties restantes de la première plaque conductrice 1, de la deuxième plaque conductrice 11 et de la troisième plaque conductrice 12, après extension à travers le TCN 2. Par la suite, on va décrire les résultats expérimentaux des caractéristiques d'équilibre en référence aux figures 5A à 5D. La figure 5A représente le cas dans lequel aucune partie de blindage magnétique n'est agencée dans le TCN 2. La figure 5B représente le cas dans lequel la partie de blindage magnétique 2b du présent mode de réalisation est agencée dans le TCN 2. La figure 5C représente les résultats expérimentaux relatifs aux caractéristiques d'équilibre dans trois échantillons dans chacun des cas des figures 5A et 5B pour un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse d'intensité nominale de 600 A.Ces résultats expérimentaux ont été obtenus en faisant en sorte qu'un courant équilibré circule dans les conducteurs pendant un moment (de l'ordre de un à deux cycles) pour mesurer une valeur courante de la limite jusqu'à laquelle le TCN 2 peut fonctionner normalement (aucune sortie n'est engendrée par le TCN 2). La figure 5D représente les résultats expérimentaux de la figure 5C sous la forme d'un graphique. On peut noter d'après la figure 5D que la valeur courante (le graphique (b) sur la figure 5D) de la limite de fonctionnement normal dans le cas où la partie de blindage magnétique 2b est agencée, est très supérieure à la valeur courante (le graphique (a) sur la figure 5D) de la limite de fonctionnement normal dans le cas où aucune partie de blindage magnétique n'est agencée.La valeur cou rante de la limite de fonctionnement normal est établie comme étant dix fois ou plus de dix fois supérieure à la valeur courante d'une intensité nominale normale, et est établie à 6000 A dans le cas d'une intensité nominale de 600 A. Dans le présent mode de réalisation, la valeur cible de 6000 A ou plus peut être atteinte comme on le voit sur la figure 5D, de sorte que le mode de réalisation peut être appliqué à des produits utilisés dans la pratique.La partie de blindage magnétique 2b est par conséquent agencée dans chaque partie opposée aux parties incurvées la et 12a des conducteurs, dans le TCN 2 du présent mode de réalisation, de sorte qu'il est possible d'éviter l'influence d'un courant provenant d'un conducteur quelconque même si les conducteurs 1 et 12 sont disposés à proximité du noyau 2a du TCN 2, et il est possible d'obtenir les caractéristiques d'équilibre requises. Une configuration spécifique du transformateur de courant à phase nulle du présent mode de réalisation va être décrite en référence aux figures 6A et 6B. La figure 6A représente l'aspect du TCN 2 muni de la partie de blindage magnétique 2b. Pour obtenir une configuration spécifique de la partie de blindage magnétique 2b, comme représenté sur la figure 6B, un premier élément de blindage 13, dans lequel plusieurs feuilles d'éléments de blindage magnétique, telles qu'en acier au silicium ou analogues, sont superposées les unes aux autres, est assemblé avec une partie de la périphérie extérieure du noyau circulaire 2a du TCN 2 par enrubannage, collage ou analogue.Bien que le premier élément de blindage 13 soit obtenu en superposant, les unes sur les autres, plusieurs plaques de blindage magnétique constituées de plaques en acier au silicium ou analogue en forme d'arc épousant le contour du TCN 2, le premier élément de blindage 13 peut être constitué d'une seule plaque épaisse. L'élément de blindage magnétique 13 peut être agencé de manière amovible dans le TCN 2. Les figures 9A et 9B sont des schémas représentant la relation de position existant entre le TCN 2, les conducteurs disposés à travers le TCN 2, et la partie de blindage magnétique 2b appliquée sur celui-ci. La figure 9A est une vue de dessus du TCN 2 et des plaques conductrices respectives. La figure 9B est une vue en coupe de la figure 9A prise à partir de la borne 40 située côté charge. La relation qui relie les dimensions de la partie de blindage magnétique 2b, hachurée sur la figure 9B, est exprimée par C Plus la dimension C est voisine de la dimension A, plus les caractéristiques d'équilibre sont améliorées. De plus, plus la dimension D est proche de la dimension B, plus les caractéristiques d'équilibre sont améliorées. De plus, dans la partie de blindage magnétique 2b représentée dans la partie hachurée, plus l'épaisseur dans la direction droite-gauche sur le dessin est importante, plus les caractéristiques d'équilibre sont améliorées. Les figures 7A à 7C sont des vues en perspective représentant des variantes de la partie de blindage magnétique 2b du présent mode de réalisation. Le TCN 2, dans chacune des variantes, possède une partie de blindage magnétique 2c en forme de U, comme représenté sur la figure 7A. De manière spécifique, la partie de blindage magnétique 2c est formée d'une superposition de plaques de blindage et est incurvée en formant un U, comme représenté sur la figure 7b, ou celle-ci peut être formée d'une plaque épaisse et incurvée en formant un U, comme représenté sur la figure 7C. Pour obtenir la partie de blindage magnétique 2c de la figure 7B, un deuxième élément de blindage 14, constitué de plusieurs plaques en acier au silicium en forme d'arc épousant le contour du TCN 2 et superposées les unes aux autres, et une paire de troisièmes éléments de blindage 15, constitués chacun d'une superposition de plusieurs plaques en acier au silicium, sont combinés ensemble en formant un U. Le deuxième élément de blindage 14 et les troisièmes éléments de blindage 15 peuvent être assemblés avec le TCN circulaire 2 par enrubannage, collage ou analogue, ou peuvent être assemblés de manière amovible avec ce dernier. La partie de blindage magnétique 2c de la figure 7C est formée d'un quatrième élément de blindage 16 qui est réalisé à partir d'une plaque épaisse incurvée formant un U. Le TCN 2 et le quatrième élément de blindage peuvent être assemblés l'un avec l'autre par enrubannage, collage ou analogue, ou peuvent être assemblés de manière amovible. La relation dimensionnelle entre la partie de blindage magnétique 2b et les conducteurs 1 et 12 décrits sur la figure 9B peut être appliquée à cette variante. Dans cette variante, les caractéristiques d'équilibre sont encore plus améliorées lorsque l'épaisseur des parties ajoutées au noyau 2a de la partie de blindage magnétique 2c dans la direction de l'épaisseur du noyau 2a, c'est-à-dire l'épaisseur des parties des côtés opposés de la forme en U, est augmentée, de sorte qu'il est possible d'obtenir un TCN meilleur en termes de caractéristiques d'équilibre que celui représenté sur les figures 6A et 6B. Un second mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit en référence à la figure 8. La figure 8 est une vue en coupe d'une partie située côté charge d'un disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon le second mode de réalisation. Un TCN 2 est conçu de manière à ne présenter qu'une seule face en direction d'un des pôles, sur les côtés opposés, dans le présent mode de réalisation. Le TCN 2 est disposé du côté du pole au niveau duquel une première plaque conductrice 1 est agencée, dans le présent mode de réalisation. Dans le présent mode de réalisation, la première plaque conductrice 1 comporte une partie incurvée la comportant un bord montant qui est court, et une partie opposée au TCN 2 qui est extrêmement petite. Une troisième plaque conductrice 12 comporte une partie incurvée 12a comportant un bord montant qui est long, et une partie opposée au TCN 2 qui est lon gue.Par conséquent, les caractéristiques d'équilibre du TCN 2 reçoivent principalement l'influence d'un courant circulant dans la partie incurvée 12a. Pour éviter cette influence, un élément de blindage magnétique 2b est agencé uniquement sur une partie du TCN 2 opposée à la partie incurvée 12a de la troisième plaque conductrice 12 dans le présent mode de réalisation. Un carter 4 pour carte imprimée, une carte imprimée 3 et un couvercle 17 de carte sont disposés au-dessus du TCN 2 et des conducteurs respectifs, de la même manière que dans le premier mode de réalisation. Pour le reste, la configuration est la même que celle du premier mode de réalisation. Par ailleurs, dans le présent mode de réalisation, les conditions C REVENDICATIONS 1. Disjoncteur de protection contre les fuites à la masse, caractérisé en ce qu'il comporte des bornes (30), situées côté alimentation électrique, agencées pour plusieurs pôles, respectivement, des bornes (40), situées côté charge, agencées en correspondance avec lesdites bornes (30) situées côté alimentation électrique desdits pôles respectifs, des porte-contacts fixes (32), connectés électriquement auxdites bornes (30) situées côté alimentation électrique, des porte-contacts mobiles (42) agencés en vis-à-vis desdits porte-contacts fixes (32), des conducteurs (1, 11, 12) connectés électriquement auxdits porte-contacts mobiles et auxdites bornes situées côté charge, un transformateur de courant à phase nulle (2) à travers lequel lesdits conducteurs (1, 11, 12) destinés auxdits plusieurs pôles sont disposés, des moyens de détection de fuite à la masse (60) destinés à détecter une fuite à la masse sur la base d'une sortie dudit transformateur de courant à phase nulle (2), et un mécanisme de disjoncteur (5) destiné à ouvrir lesdits porte-contacts mobiles sur la base d'une sortie provenant desdits moyens de détection de fuite à la masse (60), dans lequel chacun desdits conducteurs (1, 11, 12) a la forme d'un barreau plat, et le conducteur destiné à au moins l'un desdits plusieurs pôles a une partie incurvée (la, 12a) à proximité d'une partie qui est disposée à travers ledit transformateur de courant à phase nulle ; et ledit transformateur de courant à phase nulle a une partie de blindage magnétique (2b) qui est agencée dans une partie de celui-ci qui se trouve en vis-à-vis de ladite partie incurvée (la, 12a). 2. Disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un boîtier (50) ayant pratiquement la forme d'un parallélépipède rectangle de manière à contenir au moins lesdits porte-contacts fixes (32), lesdits porte-contacts mobiles (42), lesdits conducteurs (1, 11, 12), ledit transformateur de courant à phase nulle (2), lesdits moyens de détection de fuite à la masse (60) et ledit mécanisme de disjoncteur (5), dans lequel chacun desdits conducteurs (1, 11, 12), destinés auxdits plusieurs pôles, est disposé au voisinage d'une partie inférieure dudit boîtier (50), ledit transformateur de courant à phase nulle (2) est disposé entre ledit mécanisme de disjoncteur (5) et lesdites bornes situées côté charge (40) au voisinage de ladite partie inférieure dudit boîtier, ledit transformateur de courant à phase nulle (2) comporte un noyau annulaire (2a) et est disposé de sorte que la direction axiale dudit noyau soit pratiquement parallèle à la direction qui va desdites bornes situées côté alimentation électrique auxdites bornes situées côté charge, et lesdits moyens de détection de fuite à la masse (60) sont disposés entre un côté intérieur dudit boîtier qui est opposé à ladite partie inférieure et ledit transformateur de courant à phase nulle (2). 3. Disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie incurvée (la, 12a) a la forme d'un U. 4. Disjoncteur de protection contre les fuites à la masse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite partie de blindage magnétique (2b) a la forme d'un U et est installée dans ledit transformateur de courant à phase nulle (2).