Brevet FR2910697A1 — publié le 20080627

DISJONCTEUR DE FUITE A LA TERRE Arrière-plan de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne un disjoncteur de fuite à la terre exécutant des fonctions de protection contre les surintensités et de protection contre les défauts à la terre appliquées à un réseau de distribution basse tension, et, en particulier, elle concerne la construction d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre montée dans une enveloppe principale du disjoncteur de fuite à la terre. Description de la technique antérieure Les disjoncteurs en boîtier moulé ét les disjoncteurs de fuite à la terre sont des dispositifs connus pour la protection d'un réseau de distribution basse tension. Un disjoncteur de fuite à la terre actuellement fabriqué au Japon a généralement une construction qui incorpore des composants pour la fonction de protection contre les surintensités et des composants pour la fonction de protection contre les défauts à la terre, dans une enveloppe principale à structure monolithique. Pour une plus grande simplicité d'utilisation par l'utilisateur, un disjoncteur de fuite à la terre a une enveloppe principale dont les dimensions externes sont identiques à celles d'un disjoncteur en boîtier moulé de même ampérage (AF - "Ampere Frame"), et il contient dans son enveloppe principale les composants fonctionnels mentionnés ci-dessus. La figure 5 présente un schéma de circuit d'un disjoncteur de fuite à la terre, et les figures 6 et 7 présentent une construction d'un disjoncteur selon la technique antérieure. Sur la figure 5, le numéro de 2910697 2 référence 1 désigne un circuit principal triphasé ; le numéro de référence 2, un contact ouvert/fermé du circuit principal 1 ; le numéro de référence 3, un transformateur de courant à phase nulle destiné à détecter un courant de 5 fuite à la terre au moyen d'une bobine principale du circuit principal 1 ; le numéro de référence 4, un circuit de détection de fuite à la terre (un CI) destiné à détecter la survenue d'un événement de fuite à la terre à partir d'une sortie secondaire du transformateur de 10 courant à phase nulle 3 ; le numéro de référence 5, un circuit d'alimentation pour le circuit de détection de fuite à la terre 4 ; le numéro de référence 6, une bobine de déclenchement pour ouvrir le contact ouvert/fermé 2 en fonction d'un signal émis par le circuit de détection de 15 fuite à la terre 4 (un électroaimant du type à plongeur, combiné à un coulisseau d'actionnement lié à un mécanisme d'ouverture/fermeture du disjoncteur) ; le numéro de référence 7, un commutateur de sensibilité en courant pour définir de façon variable une sensibilité en courant 20 du disjoncteur de fuite à la terre (commutateur coulissant) ; le numéro de référence 8, un commutateur de temps d'action pour définir de façon variable un temps d'action (commutateur coulissant) ; et le numéro de référence 9, un commutateur de test de fuite à la terre 25 (commutateur de type bouton-poussoir). Dans la construction du disjoncteur de fuite à la terre représenté sur la figure 6, le numéro de référence 10 désigne une enveloppe principale (un boîtier inférieur) du disjoncteur de fuite à la terre ; le numéro 30 de référence 11, des bornes côté alimentation ; le numéro de référence 12, des bornes côté charge ; le numéro de d'actionnement d'ouverture/ référence 13, une manette fermeture ; le numéro de référence 14, un mécanisme 2910697 3 d'ouverture/fermeture ; le numéro de référence 15, une chambre d'extinction d'arc pour le contact de circuit principal 2 (figure 5) ; et le numéro de référence 16, une unité de déclenchement sur fuite à la terre. Ici, le 5 transformateur de courant à phase nulle 3 représenté sur la figure 5 est disposé derrière les bornes côté charge 12. Une carte de circuits (carte de circuits imprimés) intégrant un CI du circuit de détection de fuite à la terre 4 est logé dans un boîtier et disposé à côté du 10 transformateur de courant à phase nulle 3 dans l'enveloppe principale 10. D'autre part, l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 est disposée à côté de la manette d'actionnement d'ouverture/fermeture 13 et logée dans la région centrale de l'enveloppe principale 10. Tel que 15 représenté sur la figure 7, l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 comprend, dans la partie inférieure d'un boîtier individuel 16a, une bobine de déclenchement 6 et un bouton d'indication de fuite à la terre 17, qui agit en réponse à l'action de la bobine de déclenchement, 20 et, dans la partie supérieure du boîtier de l'unité, un commutateur de sensibilité en courant 7, un commutateur de temps d'action 8, un commutateur de test de fuite à la terre 9 et un connecteur 18. Lorsqu'un couvercle (non représenté) est placé sur l'enveloppe principale 10, des 25 organes de manipulation des commutateurs 7, 8, 9 et du bouton d'indication de fuite à la terre 17 sont exposés à l'extérieur du couvercle, à travers des ouvertures formées dans le couvercle. Des fils conducteurs 19 s'étendant dans l'enveloppe 30 principale 10 réalisent une connexion électrique entre la carte de circuits du circuit de détection de fuite à la terre 4 disposée à côté du transformateur de courant à phase nulle 3 et les composants comprenant la bobine de 2910697 4 déclenchement 6 et les commutateurs 7, 8 de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 disposés à côté de la manette d'actionnement d'ouverture/fermeture 13 (Voir, par exemple, le Document de Brevet 1). 5 Document de brevet 1 : Publication de la demande de modèle d'utilité japonais N H3-118536. Le disjoncteur de fuite à la terre ayant la structure classique décrite ci-dessus présente les problèmes suivants. Tel que représenté sur la figure 6, 10 le transformateur de courant à phase nulle 3 et l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 sont disposés à des endroits séparés dans l'enveloppe principale, et la carte de circuits du circuit de détection de fuite à la terre 4, qui est disposée à côté du transformateur de 15 courant à phase nulle 3 et des composants de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 comprenant la bobine de déclenchement 6, un commutateur de sensibilité en courant 7, et un commutateur de temps d'action 8, et le commutateur de test de fuite à la terre 9, sont 20 connectés par un connecteur 18 et des fils conducteurs 19. De plus, les fils conducteurs 19 passent à travers d'autres composants installés dans l'enveloppe principale 10. En conséquence, les fils conducteurs sont vulnérables aux effets nuisibles des bruits externes, ainsi qu'aux 25 gaz et à la chaleur engendrés par les arcs produits lors de l'interruption de courant. Par conséquent, il est nécessaire que les fils conducteurs soient protégés des bruits externes, tout comme des gaz et de la chaleur engendrés par les arcs. De plus, les opérations de 30 câblage des fils conducteurs 19 sont longues et pénibles, et augmentent donc les coûts de production. 2910697 5 Résumé de l'invention La présente invention a donc pour but de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et de mettre à disposition un disjoncteur de fuite à la terre ayant une 5 construction améliorée d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre, de façon à réduire le nombre de composants pour la fonction de protection contre les fuites à la terre et à obtenir une réduction de l'encombrement et une réduction de coût du disjoncteur. 10 Pour atteindre le but ci-dessus, un disjoncteur selon la présente invention comprend des composants fonctionnels pour la protection contre les surintensités et la protection contre les fuites à la terre dans une enveloppe principale ayant une structure monolithique, 15 les composants fonctionnels pour la protection contre les fuites à la terre comprenant un transformateur de courant à phase nulle, un circuit de détection de fuite à la terre, une bobine de déclenchement, un commutateur de sensibilité en courant, un commutateur de temps d'action, 20 et un commutateur de test de fuite à la terre. Le circuit de détection de fuite à la terre, le commutateur de sensibilité en courant, le commutateur de temps d'action et le commutateur de test de fuite à la terre sont tous montés sur une carte de circuits et installés dans 25 l'enveloppe principale du disjoncteur. En particulier, la carte de circuits est structurée et disposée dans l'enveloppe principale du disjoncteur de la manière spécifiée ci-après. (1) La carte de circuits est logée, en combinaison 30 avec la bobine de déclenchement, dans un boîtier individuel d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre qui est disposée à côté d'une manette d'actionnement 2910697 6 d'ouverture/ fermeture. (2) Dans le disjoncteur de fuite à la terre du point (1) ci-dessus, l'unité de déclenchement sur fuite à la terre est constituée d'un boîtier inférieur logeant la 5 bobine de déclenchement, d'un boîtier supérieur logeant la carte de circuits et posé sur le boîtier inférieur, et d'un couvercle pour le boîtier supérieur, où les bornes de la carte de circuits, une extrémité du boîtier supérieur et une extrémité du couvercle sont formées de 10 façon à s'étendre à proximité du transformateur de courant à phase nulle, et les bornes du transformateur de courant à phase nulle sont connectées électriquement aux bornes de la carte de circuits. Dans cette construction, tous les composants du 15 circuit de détection de fuite à la terre (un CI), du commutateur de sensibilité en courant et du commutateur de temps d'action pour le réglage de la sensibilité en courant et du temps d'action du disjoncteur de fuite à la terre, et du commutateur de test de fuite à la terre, 20 sont montés et agencés sur une feuille de carte de circuits (une carte à circuits imprimés), et connectés les uns aux autres par un tracé conducteur formé sur la carte de circuits. Par conséquent, des fils conducteurs tels que ceux de la structure classique représentée sur 25 les figures 6 et 7, se frayant un chemin à l'intérieur de l'enveloppe principale 10 pour réaliser les connexions entre la carte du circuit de détection de fuite à la terre et les commutateurs qui sont disposés à des endroits distincts dans l'enveloppe principale, 30 deviennent inutiles. On obtient donc une réduction des coûts de production grâce à la diminution du nombre de composants associés au câblage et du temps-opérateur pour les opérations de câblage, et à la réduction de 2910697 7 l'encombrement. De plus, l'influence des bruits externes se propageant par les fils conducteurs est également réduite. La carte de circuits est logée dans un boîtier 5 individuel de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre en combinaison avec la bobine de déclenchement. Cette construction offre une plus grande simplicité d'installation dans l'enveloppe principale du disjoncteur et de manipulation de la carte de circuits et des autres 10 composants, et elle offre en outre une prévention contre les effets non souhaités des gaz et de la chaleur engendrés par les arcs produits lors de l'action d'interruption de courant, ce qui assure une grande fiabilité. 15 En ce qui concerne l'unité de déclenchement sur fuite à la terre, elle est constituée d'un boîtier inférieur logeant le bobine de déclenchement, d'un boîtier supérieur logeant la carte de circuits et posé sur le boîtier inférieur, et d'un couvercle pour le 20 boîtier supérieur, où les bornes de la carte de circuits, une extrémité du boîtier supérieur et une extrémité du couvercle sont formées de façon à s'étendre à proximité du transformateur de courant à phase nulle, et les bornes du transformateur de courant à phase nulle sont 25 connectées électriquement aux bornes de la carte de circuits, ce qui a réduit la distance entre les bornes du transformateur de courant à phase nulle et les bornes de la carte de circuits, et rendu les fils conducteurs courts encore suffisants pour un câblage de connexion 30 entre les bornes du transformateur de courant à phase nulle et les bornes de la carte à circuits. Brève description des dessins 2910697 8 La figure 1 présente une construction d'un disjoncteur de fuite à la terre selon une forme de réalisation de l'invention, et est une vue en plongée dans laquelle un couvercle d'une enveloppe principale et 5 un couvercle d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre ont été retirés ; la figure 2 est une vue en perspective éclatée présentant une construction de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre de la figure 1 ; 10 la figure 3 est une vue en perspective de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre de la figure 2, assemblée ; la figure 4 est une vue en perspective d'une bobine de déclenchement qui est logée dans le boîtier inférieur 15 de la figure 2 ; la figure 5 est un schéma de circuit d'un disjoncteur de fuite à la terre ; la figure 6 présente une disjoncteur de fuite à la terre 20 antérieure, et est une vue en plongée dans laquelle un couvercle d'une enveloppe principale et un couvercle d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre ont été retirés ; et la figure 7 est une vue en perspective présentant 25 une construction de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre de la figure 6. Description des symboles 3 Transformateur de courant à phase nulle 3a Bornes du transformateur de courant à phase nulle 30 4 Circuit de détection de fuite à la terre 5 Circuit d'alimentation 6 Bobine de déclenchement construction d'un selon la technique 2910697 9 7 Commutateur de sensibilité en courant 8 Commutateur de temps d'action 9 Commutateur de test de fuite à la terre 10 Enveloppe principale 5 11 Borne côté alimentation 12 Borne côté charge 13 Manette d'actionnement d'ouverture/fermeture 16 Unité de déclenchement sur fuite à la terre 20 Carte de circuits 10 20a Bornes de la carte de circuits 21 Boîtier individuel d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre 21a Boîtier inférieur 21b Boîtier supérieur 15 21c Couvercle Description détaillée de l'invention Nous allons maintenant décrire des exemples de formes de réalisation préférées en nous référant aux figures 1 à 5. Ici, la figure 1 présente une structure 20 assemblée d'un disjoncteur de fuite à la terre dont le couvercle de l'enveloppe principale et le couvercle de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre ont été retirés. La figure 2 est une vue en perspective éclatée de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre, la 25 figure 3 est une vue en perspective de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre de la figure 2, assemblée, et la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'une bobine de déclenchement installée dans l'unité de déclenchement sur fuite à la terre. Les 30 éléments identiques à ceux de la figure 6 portent les mêmes symboles que sur celle-ci, et leur description est omise. 2910697 10 Le disjoncteur de fuite à la terre de la forme de réalisation représentée sur les figures 1 à 4 est fondamentalement identique au disjoncteur de fuite à la terre de la technique antérieure représenté sur la figure 5 6. Cependant, dans la construction de la figure 1, l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 qui est disposée à côté de la manette d'actionnement d'ouverture/ fermeture 13 et qui est installée dans l'enveloppe principale 10 a la structure suivante. 10 Selon les figures 2 à 4, un boîtier individuel 21 de l'unité de déclenchement sur fuite à la terre 16 est un boîtier en résine moulée constitué de trois parties séparées : un boitier inférieur 21a, un boîtier supérieur 21b ayant la forme d'un plateau et étant posé sur le 15 boîtier inférieur 21a, et un couvercle 2_c. Les trois parties sont assemblées de façon démontable par un mécanisme d'encliquetage. Comme on le voit sur la figure 4, le boitier inférieur 21a loge une bobine de déclenchement 6 en 20 combinaison avec un coulisseau d'actionnement 6a et un bouton d'indication de fuite à la terre 17. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, le boîtier supérieur 21b loge une carte de circuits 20 (une carte à circuits imprimés) ayant une forme externe oblongue. Une extrémité 25 de ce boîtier supérieur 21b (l'extrémité gauche sur les figures 2 et 3) fait saillie sur le côté du boitier inférieur 21a en correspondance avec la forme externe de la carte de circuits 20 et forme une extension 21b-1. En correspondance avec cette extension du boîtier supérieur 30 21b, le couvercle 21c a également une extension 21c-1. La carte de circuits 20 contient le commutateur de sensibilité en courant 7, le commutateur de temps d'action 8, le commutateur de test de fuite à la terre 9 2910697 11 et le circuit de détection de fuite à la terre 4 (un CI), disposés de la manière représentée sur la figure 2. Ces composants sont soudés sur un tracé de circuits formé sur la carte de circuits 20 pour fabriquer un circuit 5 électrique prédéterminé. Lorsque le couvercle 21c est placé sur le boîtier supérieur 21b, tel que représenté sur la figure 3, des organes de manipulation 7a, 8a, du type coulisseaux, pour le commutateur de sensibilité en courant 7 et le 10 commutateur de temps d'action 8, font saillie vers le haut à travers des trous oblongs ouverts dans le couvercle 21c. Un bouton d'actionnement 9a du commutateur de test de fuite à la terre 9 est attaché au couvercle 21c pour un actionnement de marche/arrêt (ON/OFF) manuel 15 du commutateur de test de fuite à la terre 9. Un cadre en forme de poche, formé de façon saillante sur le côté du boîtier supérieur 21b loge un commutateur de détection de fuite à la terre (un microrupteur, non représenté sur les figures), qui est relié à un plongeur de la bobine de 20 déclenchement 6 (figure 4) et qui émet un signal électrique indiquant une action du disjoncteur de fuite à la terre lors de la détection de l'événement de fuite à la terre. Tel que représenté sur la figure 1, cette unité de 25 déclenchement sur fuite à la terre 16 est insérée par le dessus dans un espace en forme de poche formé à côté de la manette d'actionnement d'ouverture/fermeture 13 dans l'enveloppe principale 10 du disjoncteur, le boîtier individuel 21 étant fixé à l'enveloppe principale 10. 30 Lorsque l'unité de déclenchement sur fuite à la terre est montée sur l'enveloppe principale, le bout de l'extension 21b-1 du boîtier supérieur 21b logeant la carte de circuits 20 est positionné à proximité du transformateur 2910697 12 de courant à phase nulle 3 disposé dans le côté bornes de charge de l'enveloppe principale 10 et se trouve en regard des bornes de sortie du transformateur de courant. Lorsque l'unité de déclenchement sur fuite à la terre est 5 montée sur l'enveloppe principale, les fils conducteurs 22 sortant des bornes 20a de la carte de circuits 20 sont connectés aux bornes du transformateur de courant à phase nulle 3 et au circuit d'alimentation 5 (figure 5) disposé sur le côté droit du transformateur de courant à phase 10 nulle 3. Les opérations de câblage concernant l'unité de déclenchement sur fuite à la terre sont ainsi terminées. Dans le disjoncteur de fuite à la terre représenté sur la figure 1, le circuit d'alimentation 5 et un commutateur de test au mégohmmètre (ou test "Megger"). 23 15 sont disposés à des endroits séparés sur les côtés droit et gauche du transformateur de courant à phase nulle 3, dans les espaces situés entre le transformateur de courant et les parois latérales droite et gauche de l'enveloppe principale 10. (Le commutateur de test au mégohmmètre est 20 actionné manuellement lors d'un test de la résistance diélectrique, pour déconnecter le circuit de détection de fuite à la terre 4 (un CI) du circuit d'alimentation 5 et pour déclencher le mécanisme d'ouverture/fermeture et ainsi ouvrir le contact de circuit principal). 25 Revendications 1. Disjoncteur comprenant des composants fonctionnels pour la protection contre les surintensités et la protection contre les fuites à la terre dans une enveloppe principale (10), les composants fonctionnels pour la protection contre les fuites à la terre comprenant un transformateur de courant à phase nulle (3), un circuit de détection de fuite à la terre (4), une bobine de déclenchement (6), un commutateur de sensibilité en courant (7), un commutateur de temps d'action (8), et un commutateur de test de fuite à la terre (9), caractérisé en ce que le circuit de détection de fuite à la terre (4), le commutateur de sensibilité en courant (7), le commutateur de temps d'action (8) et le commutateur de test de fuite à la terre (9) sont tous montés sur une carte de circuits (20) et installés dans l'enveloppe principale (10). 2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que lequel la carte de circuits (20) est logée, en combinaison avec la bobine de déclenchement (6), dans un boîtier individuel (21) d'une unité de déclenchement sur fuite à la terre (16), qui est disposés à côté d'une manette d'actionnement d'ouverture/fermeture (13). 25 3. Disjoncteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que lequel l'unité de déclenchement sur fuite à la terre (16) est constituée d'un boîtier inférieur (21a) logeant le bobine de déclenchement (6), d'un boîtier 30 supérieur (21b) logeant la carte de circuits (20) et posé sur le boîtier inférieur (21a), et d'un couvercle (21c) pour le boîtier supérieur (21b), les bornes (20a) de la carte de circuits (20), une extrémité (21b-1) du boîtier 2910697 14 supérieur et une extrémité (21c-1) du couvercle étant formées de façon à s'étendre à proximité du transformateur de courant à phase nulle (3), et les bornes (3a) du transformateur de courant à phase nulle 5 (3) sont connectées électriquement aux bornes (20a) de la carte de circuits (20).