Brevet FR2844915A1 — publié le 20040326

La présente invention se rapporte à un dispositif de déclenchement destiné à un appareil électrique interrupteur multipolaire, principalement à un disjoncteur ou un contacteur-disjoncteur basse tension comprenant des pôles à contacts séparables. Le dispositif de déclenchement utilise la pression des gaz formés dans une chambre de 5 coupure d'un des pôles, en particulier lors d'un court-circuit, pour faciliter une ouverture rapide de l'ensemble des pôles. L'invention concerne également un appareil électrique interrupteur comportant un tel dispositif, ainsi qu'un procédé de déclenchement d'un tel appareil électrique interrupteur. Un appareil interrupteur de type disjoncteur ou contacteur-disjoncteur doit notamment assurer la fonction de protection d'une charge électrique située en aval. Il doit donc être capable d'agir très rapidement sur les contacts mobiles afin de couper l'alimentation électrique de la charge en cas de défaut, en particulier lorsqu'un courant électrique trop important circule dans un des pôles de l'appareil. Pour cela, une des 15 solutions connues consiste à utiliser un déclencheur magnétique par pôle (ou percuteur) capable d'ouvrir les contacts mobiles des pôles de l'appareil interrupteur. Le document EP 1093145 décrit un tel mécanisme. Une autre solution consiste à utiliser un déclencheur électronique capable d'effectuer en permanence une mesure du courant électrique circulant dans différents 20 les pôles pour commander l'ouverture des contacts mobiles en cas de franchissement d'un seuil de défaut prédéterminé. Lors de l'apparition d'un courant important dans un pôle d'un appareil interrupteur, il se crée une force de répulsion entre le contact mobile et le contact fixe 25 de ce pôle. Quand le courant atteint des valeurs très élevées, par exemple en cas de court-circuit dans le pôle, cette force de répulsion peut devenir supérieure à la force de pression des contacts entraînant la séparation naturelle du contact mobile avec le contact fixe. Cependant, à un instant donné, les courants électriques circulant dans les 30 différentes phases présentent des valeurs différentes. Ainsi, il est possible d'avoir un courant de court-circuit présent dans un des pôles seulement. Dans ce cas, les contacts de ce pôle vont répulser instantanément sous l'effet de ce courant de courtcircuit, alors que les contacts des autres pôles ne s'ouvriront qu'ultérieurement sous l'action d'un déclencheur. Or, en particulier si le déclenchement est électronique, le retard à la coupure peut atteindre plusieurs millisecondes. Il risque donc d'y avoir un décalage préjudiciable entre l'ouverture du premier pôle parcouru par le courant de court-circuit et l'ouverture des autres pôles. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant d'accélérer 5 une ouverture de l'ensemble des pôles d'un appareil en cas de présence d'un courant important de défaut survenant sur un des pôles, de maniére à obtenir une coupure sur tous les pôles le plus rapidement possible et donc une meilleure protection par un appareil interrupteur. Pour cela, l'invention décrit un dispositif de déclenchement pour un appareil électrique interrupteur multipolaire dont chaque pôle comporte une chambre de coupure, un pont mobile portant un contact mobile coopérant avec un contact fixe. Chaque pôle présente un doigt mobile qui est susceptible d'être actionné par la pression des gaz présents à l'intérieur de ladite chambre de coupure et qui est relié 15 mécaniquement avec les ponts mobiles de l'ensemble des pôles de l'appareil interrupteur. Selon une caractéristique, le doigt mobile de chaque pôle comporte une première extrémité formant une paroi de la chambre de coupure du pôle et une seconde extrémité formant un barillet mobile autour d'un axe de rotation et solidaire du 20 pont mobile du pôle. Selon une autre caractéristique, les barillets des différents pôles de l'appareil interrupteur sont maintenus entre eux par des moyens de fixation. Selon une autre caractéristique, la chambre de coupure du pôle présente une ouverture vers l'extérieur quand le doigt mobile du pôle est en position ouverte, afin de créer un échappement 25 des gaz vers l'extérieur. L'invention décrit également un appareil électrique interrupteur multipolaire dont chaque pôle comporte un dispositif de déclenchement selon l'une des revendications précédentes. L'invention décrit enfin un procédé de déclenchement d'un appareil électrique 30 interrupteur multipolaire dans lequel, lors de l'apparition d'un courant de défaut dans un des pôles, la pression des gaz générés dans la chambre de coupure de ce pôle actionne un doigt mobile, ledit doigt mobile entraîne mécaniquement l'ensemble des ponts mobiles de manière à provoquer l'ouverture des contacts mobiles des pôles de l'appareil interrupteur. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un dispositif de déclenchement d'un pôle en position fermée selon l'invention, - la figure 2 montre le même dispositif en position ouverte, - la figure 3 montre le même dispositif en vue éclatée pour les trois pôles d'un appareil interrupteur, - la figure 4 schématise une vue simplifiée en coupe du pont mobile, - la figure 5 détaille un barillet d'un dispositif de déclenchement. Les figures 1 et 2 représentent un pôle 10 d'un appareil électrique interrupteur multipolaire doté d'un dispositif de déclenchement. Le pôle 10 comporte un premier 15 conducteur de puissance fixe 38 et un second conducteur de puissance fixe 39, qui permettent l'arrivée du courant et le départ du courant dans le pôle 10. Entre ces deux conducteurs, se situe un pont mobile conducteur 30 portant à une de ses extrémités une pastille de contact mobile 31. Dans le mode de réalisation présenté, l'autre extrémité du pont mobile 30 est connectée électriquement au premier conducteur de 20 puissance 38 grâce à deux conducteurs intermédiaires fixes 35a,35b situés de chaque côté du conducteur 38 et du pont mobile 30, comme indiqué en figure 4. Les conducteurs intermédiaires 35a,35b sont maintenus à leurs extrémités par des moyens de fixation transversaux qui traversent d'un côté le conducteur de puissance 38 et de l'autre côté le pont mobile 30. L'agencement au niveau du pont mobile 30 est 25 réalisé pour que celui-ci puisse être mobile en rotation autour d'un axe transversal X. Un exemple d'un tel agencement permettant d'associer un conducteur fixe et un conducteur mobile sans utiliser de tresse tout en maintenant un contact électrique satisfaisant traversé par des intensités importantes est décrit dans la demande de brevet FR 0200346. Le second conducteur de puissance 39 porte une pastille de contact fixe 32 positionnée pour pouvoir coopérer avec le contact mobile 31. Dans une première position, appelée position fermée et représentée en figure 1, le contact mobile 31 et le contact fixe 32 sont plaqués l'un contre l'autre, autorisant le passage du courant dans les conducteurs de puissance 38,39. Dans une seconde position, appelée position 35 ouverte et représentée en figure 2, le contact mobile 31 et le contact fixe 32 sont séparés l'un de l'autre, de façon à interrompre le passage du courant dans les conducteurs de puissance 38,39. Le mode de réalisation présenté décrit un appareil interrupteur comportant des pôles à rupture simple. L'invention peut néanmoins s'envisager également avec des pôles à rupture double, c'est-à-dire o chaque pôle 5 comporte deux contacts fixes coopérant avec deux contacts mobiles montés sur un pont mobile en translation. L'appareil interrupteur assurant une fonction de protection, il doit donc être capable de couper en charge des courants de forte intensité. Pour cela, chaque pôle 10 10 dispose d'une chambre de coupure 12 comportant plusieurs ailettes d'extinction d'arc 45. Si la séparation du contact mobile 31 et du contact fixe intervient pendant le passage d'un courant électrique élevé, il se produit en effet un arc électrique entre les deux contacts. De façon classique, cet arc électrique peut être guidé vers les ailettes 45 d'extinction d'arc par un conducteur de guidage 46 et/ou un conducteur de shunt 15 40. L'arc électrique génère aussi immédiatement une augmentation de la pression des gaz à l'intérieur de la chambre de coupure 12. D'ordinaire, les chambres de coupure comportent donc une ou plusieurs ouvertures vers l'extérieur permettant d'éliminer cette surpression. Le dispositif de déclenchement d'un pôle 10 selon l'invention comporte un 20 doigt mobile 25 qui est susceptible d'être actionné par la pression des gaz générés à l'intérieur de la chambre de coupure 12 du pôle 10 lors d'une répulsion entre les contacts fixe 32 et mobile 31. De façon préférée, le doigt mobile 25 comprend une première extrémité libre formant une paroi mobile 26 de la chambre de coupure 12. Cette paroi 26 est mobile 25 entre la position fermée et la position ouverte. En référence aux figures 1 et 2, la chambre de coupure 12 occupe en position ouverte un volume plus grand qu'en position fermée, du fait du déplacement de la paroi mobile 26. Ainsi, lorsqu'une augmentation de pression survient à l'apparition d'un arc électrique, la paroi mobile 26 est entraînée très rapidement de la position fermée vers la position ouverte. Dès que la paroi mobile 26 arrive à proximité de la position ouverte, elle libère une ouverture 19 présente sur une paroi externe 15 de la chambre de coupure 12, permettant d'évacuer les gaz vers l'extérieur. En position fermée, cette ouverture 19 est masquée par la paroi mobile 26, de telle sorte que la chambre de coupure 12 soit suffisamment close pour maintenir une pression suffisante capable d'actionner la paroi mobile 26, lors de l'apparition d'un arc électrique. L'ouverture vers l'extérieur 19 est donc positionnée sur une paroi externe 15, entre la position ouverte et la position fermée de la paroi 26. Les figures 1 et 2 montrent une chambre de coupure 12 avec deux faces 5 latérales, dont une des deux est ouverte. Il est clair que, dans un appareil multipolaire, cette face latérale ouverte peut être obturée par une paroi latérale d'un pôle adjacent, comme en figure 3 ou par une paroi extérieure de l'appareil multipolaire. La seconde extrémité du doigt mobile 25 est fixée à un barillet 20 qui est 10 mobile en rotation autour de l'axe transversal X de rotation du pont mobile 30. Le barillet 20 est en matériau isolant et entoure une partie du pont mobile 30 et des conducteurs intermédiaires fixes 35a,35b comme indiqué en figure 4. Il présente des ouvertures permettant le passage du pont mobile 30 et des conducteurs 35a,35b. Selon un mode de réalisation préféré, le doigt 25, la paroi mobile 26 et le barillet 20 15 forment une seule pièce moulée en matière plastique. Le pont mobile 30 traverse le barillet 20 au travers d'une ouverture 24, comme indiqué en figure 5. Cette ouverture 24 est agencée de telle façon qu'un mouvement de rotation du barillet 20 puisse entraîner le pont mobile 30 en rotation, ces deux mouvements se faisant autour du même axe X. Ainsi, quand le barillet 20 est 20 entraîné par la paroi mobile 26 du doigt 25 à cause d'une surpression des gaz dans la chambre de coupure 12, la partie inférieure de l'ouverture 24 du barillet 20 atteint la partie inférieure du pont mobile 30 de façon à emmener celui-ci vers la position ouverte et à confirmer ainsi l'ouverture des contacts 31,32. De même, lorsque le doigt 25 est entraîné vers la position fermée, la partie supérieure de l'ouverture 24 du barillet 25 20 entraîne le pont mobile 30 de façon à emmener celui-ci vers la position fermée. Ainsi, le pont mobile 30 est solidaire du barillet 20. Néanmoins, les dimensions de l'ouverture 24 du barillet 20 sont légèrement plus importantes que la section transversale du pont mobile 30 de façon à laisser avantageusement un certain jeu entre la section transversale du pont mobile 30 et 30 l'ouverture 24, dans les deux sens de rotation du barillet 20. Ce jeu, par exemple de l'ordre de 1 à 5 millimètres environ suivant le calibre de l'appareil interrupteur, permet d'une part de compenser les éventuelles usures des pastilles des contacts fixe 32 et mobile 31 et d'autre part permet d'assurer une bonne pression des contacts mobiles 31 sur les contacts fixes 32 pour l'ensemble des pôles. En effet, si l'ouverture 24 du barillet 20 était directement en contact avec le pont mobile 30 sans présenter de jeu, étant donné que les barillets 20,20',20" de l'ensemble des pôles sont fixés entre eux (comme indiqué plus loin), on ne pourrait pas exercer une pression de contact satisfaisante sur chacun des pôles de l'appareil notamment à cause des tolérances 5 existant sur les pastilles de contact. Le jeu entre le pont mobile 30 et l'ouverture 24 permet à des moyens de pression de contacts classiques, tels que des ressorts, d'assurer la pression de contact souhaitée entre les contacts fixe 32 et mobile 31. Ces moyens de pression ne sont pas représentés dans les figures, par simplification. Suivant le type d'appareil, ils peuvent se situer par exemple entre le pont mobile 30 et 10 une paroi fixe du pôle correspondant. Par ailleurs, le dispositif représenté dans les figures 1 et 2 comporte un conducteur de shunt 40 et un conducteur de guidage 46 pour entraîner l'arc électrique dans les ailettes d'extinction d'arc 45 afin de dissiper l'énergie. Selon un exemple de 15 réalisation, le conducteur de shunt 40 est relié d'un côté au premier conducteur de puissance 38 et de l'autre côté forme une ailette. Le conducteur de guidage 46 est relié au second conducteur de puissance 39 et forme une ailette opposée. Le conducteur de shunt 40 possède une première ouverture 41 suffisante pour que le doigt 25 puisse traverser librement le conducteur de shunt 40 entre la position ouverte 20 et la position fermée. Le conducteur de shunt 40 possède aussi une seconde ouverture 42 permettant de ne pas entraver le mouvement du pont mobile 30 vers la position ouverte. D'autres agencements du conducteur de shunt 40 auraient évidemment pu être mis en place de façon équivalente. Le dispositif de déclenchement est prévu pour être intégré dans un appareil électrique interrupteur multipolaire, par exemple du type disjoncteur ou contacteurdisjoncteur. Ainsi, la figure 3 montre une vue éclatée d'une association de trois pôles 10,10',10" pour former un appareil tripolaire. Selon l'invention, tous les pôles de l'appareil interrupteur sont préférentiellement dotés d'un dispositif de déclenchement 30 identique de manière à avoir un fonctionnement identique pour chaque pôle. Les barillets 20,20',20" des différents pôles sont maintenus mécaniquement entre eux grâce à des moyens de fixation. Dans le mode de réalisation présenté, les moyens de fixation sont constitués de la façon suivante: chaque barillet 20,20'20" comporte au moins un trou 21a,21b, de préférence deux, qui traverse le barillet dans une direction transversale sensiblement parallèle à l'axe X. Les deux trous 21a,21b sont positionnés aux mêmes endroits dans chaque barillet, par exemple symétriquement par rapport à l'axe X. Lorsque les pôles de l'appareil interrupteur sont assemblés, deux tiges transversales, respectivement 22a,22b, sont insérées dans les 5 deux trous 21a,21b de chaque barillet. Les tiges ont une longueur suffisante pour traverser les barillets de tous les pôles 10, 10',10". Ainsi, tout mouvement d'un des barillets 20,20',20" est directement transmis aux autres barillets de l'appareil interrupteur par l'intermédiaire de ces tiges 22a,22b. Le dispositif de déclenchement décrit ci-dessus fonctionne suivant le procédé de déclenchement suivant: Les courants électriques circulant dans les différents pôles 10,10',10" peuvent présenter des valeurs différentes à un instant T donné. Ainsi, en cas de défaut, le courant peut atteindre des valeurs de court-circuit dans un quelconque des pôles 15 seulement. La force de répulsion entre les contacts fixe et mobile de ce pôle en défaut peut devenir supérieure à la pression des contacts déclenchant alors la séparation naturelle du contact mobile avec le contact fixe. Cette séparation provoque instantanément l'apparition d'un arc électrique ainsi qu'une augmentation de la pression des gaz dans la chambre de coupure 12 de ce pôle. La pression des gaz 20 générée actionne le doigt mobile 25 par l'intermédiaire de la paroi mobile 26 de la chambre de coupure 12, ce qui provoque le déplacement du barillet 20 dans le sens de l'ouverture. Le mouvement du barillet 20 va d'une part permettre d'entraîner l'ouverture du pont mobile 30 du pôle en défaut et donc confirmer la répulsion des contacts fixe 32 et 25 mobile 31 par une ouverture franche, et va d'autre part occasionner un mouvement d'ouverture des autres barillets 20',20" liés mécaniquement au barillet 20, déclenchant ainsi l'ouverture des autres ponts mobiles 30',30". Ainsi, avec un courant de courtcircuit survenant dans un des pôles seulement, on est capable d'ouvrir rapidement l'ensemble des pôles d'un appareil interrupteur, avant l'intervention du déclencheur 30 prévu par ailleurs dans un tel appareil. Le fonctionnement est bien entendu identique, quel que soit le pôle traversé en premier par un courant de défaut. Par rapport à un déclencheur, notamment de type électronique, l'invention permet d'obtenir une coupure plus rapide, de l'ordre de une ou plusieurs millisecondes suivant les calibres et la valeur du courant de défaut, permettant une usure moindre des pastilles de contact ainsi qu'une pression globale moindre dans l'appareil. On obtient ainsi avantageusement une meilleure tenue mécanique de l'appareil et une meilleure protection. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déclenchement pour un appareil électrique interrupteur multipolaire dont chaque pôle (10) comporte une chambre de coupure (12), un 5 pont mobile (30) portant un contact mobile (31) coopérant avec un contact fixe (32), caractérisé par le fait que chaque pôle (10) présente un doigt mobile (25) qui est susceptible d'être actionné par la pression des gaz présents à l'intérieur de la chambre de coupure (12) du pôle (10) et qui est relié mécaniquement avec les ponts mobiles (30,30',30") de l'ensemble des pôles (10,10',10") de l'appareil 10 interrupteur. 2. Dispositif de déclenchement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le doigt mobile (25) d'un pôle (10) comporte une première extrémité formant une paroi (26) de la chambre de coupure (12) du pôle (10) et une seconde extrémité formant un barillet (20) mobile autour d'un axe de rotation (X) 15 et solidaire du pont mobile (30) du pôle (10). 3. Dispositif de déclenchement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les barillets (20,20',20") des différents pôles de l'appareil interrupteur sont maintenus entre eux par des moyens de fixation (22a,22b). 4. Dispositif de déclenchement selon la revendication 3, caractérisé par le 20 fait que les moyens de fixation comprennent au moins une tige transversale (22a,22b) traversant les barillets (20,20',20") des pôles suivant une direction parallèle à l'axe de rotation (X). 5. Dispositif de déclenchement selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le pont mobile (30) d'un pôle (10) traverse le barillet (20) du pôle (10) au 25 travers une ouverture (24) du barillet (20), l'ouverture (24) présentant un jeu avec la section transversale du pont mobile (30). 6. Dispositif de déclenchement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le doigt mobile (25) d'un pôle (10) est mobile entre une position fermée et une position ouverte, caractérisé par le fait que la chambre de coupure 30 (12) du pôle présente une ouverture (19) vers l'extérieur quand le doigt mobile (25) du pôle (10) est en position ouverte. 7. Appareil électrique interrupteur multipolaire caractérisé par le fait que chaque pôle (10,10',10") comporte un dispositif de déclenchement selon l'une des revendications précédentes. 8. Procédé de déclenchement d'un appareil électrique interrupteur 5 multipolaire dont chaque pôle comporte une chambre de coupure (12), un pont mobile (30) portant un contact mobile (31) coopérant avec un contact fixe (32), le procédé de déclenchement étant caractérisé par le fait que: - lors de l'apparition d'un courant de défaut dans un des pôles, la pression des gaz générés dans la chambre de coupure (12) de ce pôle actionne un 10 doigt mobile (25), - ledit doigt mobile (25) entraîne mécaniquement l'ensemble des ponts mobiles (30,30',30") de manière à provoquer l'ouverture des contacts mobiles des pôles (10,10',10") de l'appareil interrupteur.