Brevet FR2759490A1 — publié le 19980814

Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant pour la protection des moteurs à induction. Quand dans l'industrie de l'outillage des moteurs électriques sont commutés de façon répétée entre la marche avant et la marche arrière, de forts courants d'appel sont temporairement produits pendant de courts intervalles de temps. Pour empêcher une coupure du circuit chaque fois que le courant change de sens, on utilise généralement des fusibles en série avec des relais à maximum d'intensité, afin de proté- ger l'installation associée contre des situations de surintensités anormales. Du fait du vieillissement thermique des fusibles soumis à des courants forts répétés, il faut remplacer périodiquement ces fusi- bles. Plus le courant d'appel est fort, lequel phénomène est associé aux moteurs à fort rendement, plus le degré de vieillissement thermique est important, de sorte qu'il faut des fusibles de plus fiort calibre pour résister au vieillissement thermique quand on emploie des moteurs i haut rendement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 426 406. intitulé "Induction Motor Protective Circuit Breaker Unit", décrit le choix du fusible et du disjoncteur afin de réduire l'endommagement thermique du fusible et d'avoir une coordination efficace avec les relais à maximum d'intensité. En raison de son application spécialisée. la combinaison de ces fusibles de fort calibre et des relais à maximum d'intensité a trouvé des applications limitées en dehors de l'industrie de l'outillage. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 539 370, intitulé "Inductive Motor Protective Circuit Breaker Unit", décrit un élément polymère de protection contre les court-circuits qui limite le courant de courtcircuit en passant d'une résistance faible à une résistance élevée. La courbe de résistance du polymère est caractérisée par un coefficient de température positif (CTP) et, pour une température particulière, présente une transition brusque entre une faible résistance et une forte résistance. Des inversions de courant répétées ducs aux opérations d'outillage provoquent un échauffement cyclique du poly- mère, avec peu ou pas de périodes de refroidissement. Pour empécher le polymère de passer par inadvertance d'une résistance électrique faible à une résistance électrique élevée lorsqu'il est chauffé, il faut avoir des éléments polymères avec des intensités nominales d'état stable plus élevées. Toutefois, les éléments de plus fort calibre ne peuvent pas assurer une protection optimale contre les court-circuits du fait de la plus grande énergie nécessaire pour provoquer la commu- tation. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 884 164, intitulé "Molded Case Electronic Circuit Interrupter", décrit un disjoncteur de calibre industriel comprenant une unité de déclenchement électronique qui peut être réglée sur une large plage de conditions de surintensité de courte durée et de longue durée. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 967 304, intitulé "Digital Circuit Interrupter With Electric Motor Trip Parameters", décrit un coupe-circuit numérique avec des paramètres de déclenche- ment du moteur électrique qui contient des algorithmes de commande adaptés aux applications de protection des moteurs. La demande de brevet américain n 08/514 076 déposée le 11 août 1995 et intitulée "Current Limiting Device" décrit un élément polymère de limitation du courant qui ne dépend pas d'une caractéris- tique de résistance à coefficient de température positif. Il serait avantageux du point de vue économique de produire un disjoncteur employant une unité de déclenchement électronique avec une unité de suppression du courant qui ne soit pas sensible au vieillissement thermique cyclique et qui n'ait pas besoin d'être périodi- quement remplacée quand elle est utilisée dans des opérations d'outillage. Un but de l'invention est de proposer un ensemble combiné comprenant un disjoncteur et une unité de suppression du courant, qui n'interrompt pas le circuit protégé lors d'une inversion du moteur, qui peut être réglé pour assurer une coordination avec le relais thermique à maximum d'intensité, et qui assure une protection optimale contre les courants de court-circuit. L'invention propose donc un disjoncteur de protection des moteurs à induction qui comprend une unité de déclenchement électro- nique et une unité de suppression du courant contenant un élément polymère de limitation du courant qui ne dépend pas d'une courbe de résistance à coefficient de température positif. L'unité de déclenche- ment électronique est réglée pour une protection contre les surintensités de courte durée et de longue durée. L'unité de suppression du courant est conçue pour limiter le courant de court-circuit jusqu'à ce que le disjoncteur réponde pour isoler le circuit protégé. Donc, la présente invention propose un ensemble de disjonc- teur à élément de suppression du courant, qui comprend - un boîtier de disjoncteur, - au moins une paire de contacts de disjoncteur à l'intérieurL dut boîtier de disjoncteur pour interrompre un courant de circuit, - un mécanisme d'actionnement placé dans le boîtier de disjoncteur et servant à séparer les contacts de disjoncteur, - une unité de déclenchement placée à l'intérieur du boîtier de disjoncteur et servant à faire pivoter le mécanisme d'actionnement afin de séparer les contacts de disjoncteur en cas d'apparition d'une situa- tion de surintensité dans un circuit protégé, - au moins un boîtier de limitation de courant situé h proxi- mité du boîtier de disjoncteur, et - au moins un élément de limitation du courant, cet élément de limitation du courant étant couplé du point de vue électrique aux contacts de disjoncteur, si bien qu'un courant de circuit traverse ) l'élément de limitation du courant et est limité à une valeur prédéter- minée en cas d'apparition d'une situation de surintensité. Le boîtier de disjoncteur comprend un socle et un capot, électroisolants. L'unité de déclenchement contient un moyen électronique pour surveiller la condition de surintensité et y répondre. Le boîtier de limitation du courant est fixé au boîtier de disjoncteur. L'élément de limitation du courant comprend au moins un matériau polymère, électro-conducteur, qui a une température de vapo- risation inférieure à 1000 C. La résistance électrique du matériau polymère conducteur n'a pas un coefficient de température positif. Le matériau polymère conducteur peut conternir une charge électroconductrice. L'ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant comprend en outre une paire de première et deuxième électrodes, électro-conductrices, la première électrode étant placée d'un premier côté du matériau polymère conducteur et la deuxième électrode étant placée du côté opposé de ce dernier. L'ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant comprend un moyen pour appliquer une force de compression au matériau polymère conducteur. Ce moyen d'application d'une force de compression peut comprendre des premier et deuxième ressorts de compression, le premier ressort de compression étant placé entre un premier côté du boîtier de limitation du courant et la première électrode, et le deuxiè- me ressort de compression étant placé entre un deuxième côté du boîtier de limitation du courant et la deuxième électrode. Le boîtier de disjoncteur contient un moyen intégré destiné à recevoir un moyen intégré au boîtier de limitation du courant. Le moyen intégré au boîtier de disjoncteur peut comprendre des fentes en queue d'aronde. L'ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant comprend au moins une barette de jumelage qui part du boîtier de limitation du courant et est couplée à au moins une barette de connexion de charge du disjoncteur qui part du boîtier de disjoncteur. L'nsemble de disjoncteur à élément de suppression du courant comprend au moins une barrette de connexion de charge avec limita- tion du courant qui part du boîtier de limitation du courant pour- être reliée à un circuit de distribution électrique. Le boîtier de disjoncteur et le boîtier de limitation du courant peuvent être faits d'un unique boîtier de disjoncteur à élément de suppression du courant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins d'accompagnement dans lesquels: la figure 1 est une vue de dessus en perspective d'un ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon l'invention, la figure 2 est une vue de côté partielle en coupe de l'unité de suppression du courant contenue dans l'ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant de la figure 1, et la figure 3 est une représentation graphique de la protection contre les surintensités offerte par l'ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant de la figure 1. La figure 1 montre un ensemble 19 de disjoncteur à élément de suppression du courant, qui comprend un disjoncteur électronique , décrit dans le brevet américain déjà mentionné n 4 884 164, et une unité 20 de suppression du courant. Le disjoncteur électronique comprend un socle de disjoncteur 11, un capot de disjoncteur 12 et un capot d'accessoires 13, décrit dans le brevet américain n 4 754 247 intitulé "MCCB Accessory Enclosure", qui est fixé sur les côtés opposes de la manette d'actionnement 14. L'unité 15 de déclenchement électro- nique contenue dans le capot est décrite dans le brevet américain n 4 649 455 intitulé "Rating Plug for MCCB". Des saillies 21 en queue d'aronde, formées d'un seul tenant avec le boîtier de l'unité de suppression du courant, se mettent en prise avec des fentes 16 en queue d'aronde formées dans le capot du disjoncteur. Des vis 22. représentées sur la figure 2, sont accessibles par des ouvertures supé- rieures 17 et servent à coupler du point de vue électrique l'unité 20 de suppression du courant au disjoncteur électronique 10. Des bornes de charge 23 assurent la liaison électrique avec le circuit protégé et sont accessibles par des trous 24 d'accès aux bornes. La liaison mécanique et électrique entre l'unité 2() de suppression du courant et le disjoncteur électronique 10 est représentée sur la figure 2. Des saillies en queue d'aronde 21 intégrées à l'unité de suppression du courant assurent un verrouillage mécanique avec des fentes en queue d'aronde 16 formées dans le capot 12 du disjoncteur. Des barettes de jumelage 25 venant de l'unité de suppression du courant sont fixées mécaniquement et électriquement aux barettes de connexion de charge 18 partant du disjoncteur électronique, par des vis 22 auxquelles on accède par des ouvertures supérieures 17. L'unité de suppression du courant comprend un boîtier 32, un élément 26 de limitation du courant qui fonctionne de la manière décrite dans la demande de brevet américain déjà mentionnée n 08/514 076. Des ) bornes d'électrodes 27a, 27b sont reliées du point de vue électrique aux électrodes 29a, 29b de l'élément 26 de limitation du courant et, respectivement, aux barettes de jumelage 25 et aux barettes de connexion de charge 23. L'élément de limitation du courant comprend un conducteur polymère 28 branché électriquement en série avec les électrodes adjacentes 29a, 29b. Des ressorts 30a, 30b sont placés entre les électrodes et des surfaces de support 3 la, 3 lb pour exercer une force de compression entre les électrodes et le conducteur polymère. Des cosses 33 auxquelles on accède par les trous 24 d'accès aux bornes sont fixées aux bornes de charge pour assurer la connexion avec le circuit de distribution d'énergie électrique. La caractéristique inverse de fonctionnement temps/courant de l'unité 19 présente, selon l'invention, un profil de protection combine , que l'on comprendra mieux si on se reporte conjointement aux figures 1 et 3. Le profil de protection combiné est la combinaison duL profil de protection 41 d'un disjoncteur électronique et du profil de protection 42 de l'unité de suppression du courant. L'absence d'effet CTP dans l'unité 20 de suppression du courant donne une coordination optimale avec le profil de protection du disjoncteur dans la région du point A, que l'on appelle classiquement le point de saturation du profil de réponse de courte durée. Une coordination optimale veut que l'unité de suppression du courant fonctionne à la droite ou au-dessus du point A, sinon une réponse prématurée de l'unité 20 de suppression du courant pourrait interférer avec le fonctionnement correct du disjonc- teur électronique 10 associé. Cela peut se faire soit en éliminant la caractéristique CTP de l'élément de limitation du courant soit, comme présenté ici, en utilisant un élément de limitation du courant qui ne dépend pas d'une caractéristique CTP pour la suppression du courant. Les protections précédentes, assurées par un fusible ou un limiteur de courant en polymère à coefficient de température positif, sont repre- sentées par les courbes de protection CTP 43a, 43b. La courbe de protection CTP 43a montre une performance sensiblement équivalente à la courbe de protection 42 de l'unité de suppression du courant pour- les courants de court-circuit instantané bien supérieurs à X. Toutefois, dans la région du point A, la courbe 43a de protection CTP ne corres- pond pas à la courbe de protection 41 du disjoncteur électronique comme le met en évidence le fait que la courbe CTP est en-dessous et à gauche du point A. Pour obtenir la correspondance souhaitée autour du point A, la courbe 43b de protection CTP doit être déterminée avec précision. Mais, pour des courants de court-circuit instantanés bien supérieurs à X, la courbe 43b de protection CTP montre une perfor- mance sensiblement inférieure à la courbe de protection 42 de l'unité de suppression du courant. La différence de protection entre la courbe de protection CTP 43b et la courbe de protection 42 de l'unité de suppression du courant est représentée par la région hachurée B. On comprendra mieux les avantages apportés par le fonction- nement de l'unité de l'invention (unité CSCB) si on considère simulta- nément les figures 1 à 3. Quand un courant nominal de fonctionnement traverse le circuit protégé, le disjoncteur électronique 10 et l'unité 20) de suppression du courant de l'unité CSCB sont au repos. En cas d'apparition d'un courant de courte durée ou de longue durée supérieur à X', l'unité CSCB répond rapidement pour limiter l'intensité du court- circuit, comme décrit dans la demande de brevet américain deéjà mentionnée n 08/514 076. La correspondance entre l'unité de suppres- sion du courant et l'unité de déclenchement électronique dans le disjoncteur garantit que le disjoncteur électronique va recevoir un signal de déclenchement et y répondre, comme décrit dans le brevet américain déjà mentionné n 4 884 164, pour isoler efficacement le circuit protégé. Un ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant a donc été décrit, qui comprend un élément de suppression du courant branché en série avec un disjoncteur électronique comportant une unité de déclenchement électronique. Cet ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant procure une protection du circuit protégé contre les court-circuit de courte durée et de longue durée sans avoir à être remplacé périodiquement. Il 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. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant, caractérisé en ce qu'il comprend - un boîtier de disjoncteur, - au moins une paire de contacts de disjoncteur à l'intérieur dudit boîtier de disjoncteur pour interrompre un courant de circuit, - un mécanisme d'actionnement placé dans ledit boîtier de disjoncteur et servant à séparer lesdits contacts de disjoncteur, - une unité de déclenchement (15) placée à l'intérieur dudit boîtier de disjoncteur et servant à faire pivoter ledit mécanisme d'actionnement afin de séparer lesdits contacts de disjoncteur en cas d'apparition d'une situation de surintensité dans un circuit protégé, - au moins un boîtier (32) de limitation de courant situé à proximité dudit boîtier de disjoncteur, et - au moins un élément (26) de limitation du courant, ledit élément de limitation du courant étant couplé du point de vue électri- que auxdits contacts de disjoncteur, si bien qu'un courant de circuit traverse ledit élément de limitation du courant et est limité à une valeur prédéterminée en cas d'apparition d'une situation de surintensité. 2. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier de disjoncteur comprend un socle (11) et un capot (12, 13), électrl- isolants. 3. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de déclenchement contient un moyen électronique pour surveiller ladite condition de surintensité et y répondre. 4. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier de limitation du courant est fixé audit boîtier de disjoncteur. 5. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de limitation du courant comprend au moins un matériau polymère (28), électro-conducteur, qui a une température de vaporisation inférieure à O10 1000 C. 6. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la résistance électrique dudit matériau polymère conducteur n'a pas un coefficient de température positif. 7. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau polymère conducteur contient une charge électro-conductrice. 8. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une paire de première et deuxième électrodes (29a, 29b), électro- conductrices, ladite première électrode étant placée d'un premier côté dudit matériau polymère conducteur et ladite deuxième électrode étant placée du côté opposé de ce dernier. 9. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour appliquer une force de compression audit matériau poly- mère conducteur. 10. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen d'application d'une force de compression comprend des premier et deuxième ressorts de compression (30a, 30b), ledit premier ressort de compression étant placé entre un premier côté dudit boîtier de limita- tion du courant et ladite première électrode, et ledit deuxième ressort de compression étant placé entre un deuxième côté dudit boîtier de limitation du courant et ladite deuxième électrode. 11. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit boîtier de disjoncteur contient un moyen intégré destiné à recevoir un moyen intégré audit boîtier de limitation du courant. 12. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen du boîtier de disjoncteur comprend des fentes en queue d'aronde (16). 13. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du courant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une barette de jumelage (25) qui part dudit boîtier de limitation du courant et est couplée à au moins une barette (18) de connexion de charge du disjoncteur qui part dudit boîtier de disjoncteur. 14. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression duL courant selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une barrette de connexion de charge avec limitation du courant qui part dudit boîtier de limitation du courant pour être reliée à un circuit de distribution électrique. - 15. Ensemble de disjoncteur à élément de suppression du 1() courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier de disjoncteur et ledit boîtier de limitation du courant sont faits d'un unique boîtier de disjoncteur à élément de suppression du courant.