Brevet FR2987163A1 — publié le 20130823

Déclencheur à pression La présente invention se rapporte au domaine des appareils électriques de protection d'au moins une ligne, du type disjoncteur, et elle a plus particulièrement trait à des déclencheurs dits « instantanés » ou « réflexes » qui augmentent la rapidité de déclenchement de tels appareils, améliorant l'efficacité du produit dans sa fonction principale de protection, et éventuellement la coordination/sélectivité avec d'autres disjoncteurs présents dans le même circuit, dans une perspective de gestion de la protection d'un site par hiérarchisation classique des disjoncteurs. Dans cette seconde hypothèse, l'invention permet en effet d'ajuster le temps de réponse d'un disjoncteur, et par conséquent son niveau de fonctionnement, par rapport au temps de déclenchement d'autres disjoncteurs dans le même circuit. Les appareils électriques du type disjoncteur sur lesquels un déclencheur instantané est installé comportent une partie coupure de ligne et une partie déclenchement pour l'activation de la coupure en cas de surcharge ou court-circuit sur une ligne. Des moyens de déclenchement de différents types, obéissant à des typologies d'incidents possibles sur une ligne, sont par ailleurs prévus pour actionner la serrure au cas par cas. Selon l'invention, l'appareil électrique est doté d'un déclencheur instantané du type déclencheur à pression, et comporte, pour chaque ligne : - un porte-contact portant un contact mobile coopérant avec un contact fixe pour la coupure et la fermeture de la ligne, l'ouverture des contacts engendrant la création de gaz de coupure ; - une chambre de coupure d'arc correspondant au volume entourant le sous-ensemble porte-contact / contact mobile / contact fixe, lesdits gaz de coupure étant présents dans cette chambre de coupure d'arc ; - des moyens de déclenchement à pression aptes à actionner la partie coupure lorsque la pression dans la chambre de coupure atteint une valeur seuil de déclenchement. L'invention se caractérise à titre principal en ce que les moyens de déclenchement consistent en un élément déclencheur à pression formé d'une seule pièce, et comprenant : - des moyens de détection du niveau de pression P dans la chambre de coupure ; - des moyens de réglage du seuil de pression Ps au-delà duquel le déclenchement a lieu ; - des moyens d'actionnement d'un actionneur d'une serrure mécanique de la partie coupure lorsque le niveau de pression P dans la chambre de coupure est supérieur ou égal au seuil de pression Ps. Selon une configuration possible, lesdits moyens de détection du niveau de pression P dans la chambre de coupure consistent en au moins une surface plane de l'élément déclencheur sur laquelle s'exerce une force de pression reflétant le niveau de pression P dans la chambre de coupure, ladite surface plane étant placée dans la paroi délimitant le volume de la chambre de coupure. Concrètement, lorsque les contacts s'ouvrent, les gaz de coupure qui sont créés augmentent la pression dans la chambre, et ces gaz, en cherchant à s'échapper, exercent une pression contre toutes les parois délimitant la chambre de coupure. L'élément déclencheur est fixé de manière pivotante dans l'appareil, la force de pression s'exerçant sur la surface plane entraînant le pivotement de l'élément déclencheur et le déplacement de ladite surface plane vers l'extérieur de la chambre de coupure lorsque la valeur la pression P dans la chambre de coupure est supérieure ou égale à la pression seuil Ps, des moyens de rappel s'exerçant sur l'élément déclencheur permettant le retour de la surface plane dans une position initiale stable par rapport à la chambre de coupure lorsque la pression P y diminue jusqu'à être inférieure à la pression seuil Ps. L'élément déclencheur comporte un premier bras relié à une extrémité d'un ressort de tarage qui constitue à la fois lesdits moyens de rappel et un ressort de compression opposant une force résistante au pivotement de l'élément déclencheur lors du dépassement du seuil de pression Ps, ladite force résistante étant fonction de la raideur dudit ressort, cette force et la force de pression créant des couples antagonistes pour le pivotement de l'élément déclencheur, l'ensemble premier bras / ressort constituant les moyens de réglage du seuil de pression Ps au-delà duquel le déclenchement a lieu. L'élément déclencheur comporte un second bras correspondant auxdits moyens d'actionnement, le pivotement de l'élément déclencheur déplaçant ledit second bras contre l'actionneur lorsque la valeur de la pression P dans la chambre de coupure est supérieure ou égale à la pression seuil Ps, lesdits moyens de rappel s'exerçant sur l'élément déclencheur permettant également le retour du second bras dans une position initiale stable à distance dudit actionneur lorsque la pression P dans la chambre de coupure diminue jusqu'à être inférieure à la pression seuil P. L'élément déclencheur comporte un arbre de pivotement clipsé dans une pièce fixe appartenant à l'appareil. L'élément déclencheur pourrait être monté pivotant de toute autre manière. La surface plane, le premier bras et le second bras de l'élément déclencheur se déploient tous à partir de l'arbre de pivotement de l'élément déclencheur. Plus précisément, la surface de l'élément déclencheur est positionnée sensiblement dans un même plan qu'au moins une portion de ladite paroi et est montée ajustée dans une fenêtre pratiquée dans cette portion de paroi afin d'assurer l'étanchéité de la chambre de coupure. Dans le cas d'un appareil multipolaire, chaque élément déclencheur peut comporter deux surfaces planes disposées dans deux chambres de coupure adjacentes, l'élément déclencheur étant alors positionné entre deux lignes adjacentes. Par exemple, dans le cas d'un appareil tripolaire dont les phases sont dénommées R, S et T : - un premier élément déclencheur à pression se situe entre les phases adjacentes R et S, avec une surface plane dans la chambre de coupure de la phase R, une surface plane dans la chambre de coupure de la phase S, et les moyens d'actionnement disposés sensiblement au milieu, entre les deux phases R et S ; - un second élément déclencheur à pression se situe entre les phases adjacentes S et T, avec une surface plane dans la chambre de coupure de la phase S, une surface plane dans la chambre de coupure de la phase T, et les moyens d'actionnement disposés sensiblement au milieu, entre les deux phases S et T. De façon avantageuse, l'élément déclencheur à pression est formé d'une seule pièce, sa mise en place dans l'appareil étant d'autant plus facilitée. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 représente l'élément déclencheur selon l'invention ; - la figure 2 montre le positionnement de l'élément déclencheur dans l'appareil de protection de ligne ; - la figure 3 illustre l'élément déclencheur en position initiale stable ; - la figure 4 montre la surface place de l'élément déclencheur dans la chambre de coupure ; - la figure 5 est une vue schématique d'un appareil tétramodulaire doté de trois éléments déclencheurs. Comme illustré en figure 1, l'élément déclencheur (1) est constitué d'une seule pièce. Il comporte un arbre (2) de pivotement en son centre, duquel s'étendent trois bras en étoile, à savoir : - un premier bras (3) relié à un ressort (8) ; - un second bras (4) doté d'un nez (7) à son extrémité ; - un troisième bras (6) au bout duquel sont répartis deux blocs (10) symétriques dont les faces avant présentent des surfaces planes (5). Cet élément déclencheur (1) est monté pivotant dans l'appareil de protection de ligne. Plus précisément, l'arbre (2) de l'élément déclencheur (1) est clipsé dans un support (9) illustré en figure 2. Ce support (9) comprend une encoche (18) d'allure cylindrique apte à accueillir l'arbre (2) et l'entourant suffisamment pour qu'il ne puisse plus en sortir une fois clipsé. Ce support (9) appartient à la partie déclencheur de l'appareil de protection, qui est un disjoncteur tripolaire dans l'exemple proposé en figure 2. L'appareil est alors doté de deux éléments déclencheur (1) chacun disposé à cheval entre deux pôles adjacents. Cet appareil comprend classiquement une partie coupure de ligne et une partie déclenchement pour l'activation de la coupure en cas de problème sur une ligne, et comporte pour chaque ligne, comme illustré en figure 4 : - un porte-contact (12) portant un contact mobile (13) coopérant avec un contact fixe (14) pour la coupure et la fermeture de la ligne, l'ouverture des contacts (13, 14) à la coupure engendrant la création de gaz de coupure ; - une chambre (11) de coupure d'arc correspondant au volume entourant le sous-ensemble porte-contact (12) / contact mobile (13) / contact fixe (14), lesdits gaz de coupure étant présents dans cette chambre (11) de coupure d'arc. Chaque bloc (10) de l'élément déclencheur (1) pénètre dans une fenêtre (15) pratiquées dans une chambre de coupure (11) d'un pôle. La surface plane (5) du bloc (10) fait ainsi partie de la paroi délimitant le volume de la chambre (11) de coupure, car la fenêtre (15) et le bloc (10) sont dimensionnés de manière à assurer l'étanchéité de la chambre (11) de coupure. Lorsque les contacts (13, 14) s'ouvrent et engendrent des gaz de coupure, la pression P dans la chambre (11) augmente, et les gaz présents exercent une force de pression sur les parois de la chambre (11), donc sur la surface plane (5) de l'élément déclencheur (1), entraînant dès lors le pivotement de celui-ci lorsque la force de pression est suffisante, plus précisément lorsque la pression P dans la chambre (11) de coupure dépasse une pression seuil Ps de déclenchement. L'élément déclencheur (1) et le ressort de tarage sont alors dimensionnés pour que le couple résultant de la force de pression et s'appliquant à l'élément (1) soit supérieur au couple résistant dû au ressort (8). Le bloc (10) se déplace alors vers l'extérieur de la chambre (11) de coupure, sa profondeur étant suffisante pour que la surface plane (5) reste encore à la périphérie de la chambre (11) tout en assurant son étanchéité. Cette pression Ps peut être réglée au moyen du premier bras (3) de l'élément déclencheur (1) associé au ressort (8). En effet, lorsque l'élément déclencheur (1) pivote suite au dépassement de la pression seuil Ps, le premier bras (4) vient comprimer le ressort (8). Selon la raideur du ressort (8), sa compression est plus ou moins dure, rendant dès lors le pivotement de l'élément déclencheur (1) plus ou moins aisé. Par conséquent, notamment selon le choix de la raideur du ressort (8), la force de pression exercée sur la surface plane (5) devra générer un couple plus ou moins important pour faire pivoter l'élément déclencheur à l'encontre du couple créé par le ressort (8) sur le bras (3). La pression seuil Ps est la pression P dans la chambre (11) à partir de la laquelle la force de pression s'exerçant sur la surface plane (5) est suffisante pour faire pivoter l'élément déclencheur (1). Le ressort (8) correspond ainsi à un ressort de tarage. Ce ressort (8) rempli également une deuxième fonction, à savoir la fonction de rappel de la surface plane (5) en position initiale stable dans la chambre (11) de coupure lorsque la pression P dans la chambre (11) a diminué et est passée sous la pression seuil Ps, le couple résistant dû au ressort redevenant supérieur au couple de déclenchement dû à la surface (5). La figure 3 représente l'élément déclencheur (1) au sein de l'appareil de protection, avec le nez (7) du second bras (4) situé en face d'un actionneur (16). Lorsque l'élément déclencheur (1) est en position initiale stable, c'est-à-dire lorsque la pression P dans la chambre est inférieure à la pression seuil Ps, alors le nez (7) du second bras (4) est à distance de l'actionneur (16), comme en figure 3. Lorsque l'élément déclencheur (1) pivote suite à un court-circuit, par exemple, engendrant une coupure brutale de la ligne générant des gaz de coupure, entraînant un dépassement du seuil de pression Ps dans la chambre (11), le nez (7) du second bras (4) vient heurter l'actionneur (16) et provoque alors le basculement de la serrure mécanique de l'appareil électrique de protection de ligne. Dans cette hypothèse, l'ouverture des contacts (13, 14) se fait par répulsion électrodynamique et est extrêmement rapide en cas de court-circuit. Le déclencheur à pression (1) permet dans ce cas de faire basculer la serrure mécanique bien avant que le défaut soit répercuté à la serrure par le déclencheur thermique ou magnétique de l'appareil de protection. La figure 5 représente la disposition des éléments déclencheurs (1) au sein d'un appareil de protection tétrapolaire comprenant trois phases (R, S, T) et un neutre (N). Chaque pôle comprend un porte-contact (12) portant un contact mobile (13), les porte-contact (12) étant tous reliés entre eux par un barreau rotatif (17). Chaque élément déclencheur (1) est disposé à cheval sur deux pôles adjacents, avec un bloc (10) pénétrant la chambre de coupure d'un premier pôle, et l'autre bloc (10) pénétrant la chambre de coupure d'un pôle adjacent. Lors d'un court-circuit entre (N) et (R) par exemple, les gaz de coupure produits dans les chambres (11) relatives à (N) et (R) engendrent une force de pression sur les deux blocs (10) de l'élément déclencheur (1) situé à gauche de l'appareil, le faisant alors pivoter pour déclencher la serrure mécanique. L'invention précédente a été décrite au moyen d'exemples préférentiels, qui ne peuvent toutefois être considérés comme limitatifs. Les variantes et les modifications de forme qui entrent dans le contenu englobé par les revendications annexées font partie de l'invention.