Disjoncteur limiteur basse tension

Abstract

 Le circuit magnétique (22) du déclencheur électromagnétique comporte deux culasses (24, 26), coopérant d'une part avec une palette de déclenchement (32) etd'autre part avec le contact mobile (48). Une bobine d'excitation (30) enroulée sur un noyau (28) engendre lors de l'apparition d'un courant de court-circuit un flux magnétique, provoquant à des seuils différents l'entraînement électrodynamique du contact mobile vers la position d'ouverture, et l'attraction de la palette (32) pour le déverrouillage du mécanisme de manoeuvre (17).

Description

[0001] L'invention est relative à un disjoncteur limiteur basse tension multipolaire à boîtier moulé comportant par pôle un contact fixe coopérant en position de fermeture du disjoncteur avec un contact mobile accouplé à un mécanisme de manoeuvre manuelle et/ou automatique d'ouverture et de fermeture du disjoncteur et un déclencheur électromagnétique coopérant avec ledit mécanisme pour déclencher le disjoncteur et ouvrir les contacts lorsque le courant de défaut détecté par le déclencheur électromagnétique dépasse un premier seuil, ledit déclencheur comprenant une bobine d'excitation parcourue par ledit courant de défaut et un circuit magnétique ayant une palette mobile et deux culasses fixes en forme de joues encadrant la bobine à axe perpendiculaire aux joues et coopérant avec la palette mobile pour déplacer cette dernière en position de déclenchement lors du dépassement dudit premier seuil.

[0002] Dans un disjoncteur connu du genre mentionné (brevet britannique N° 369.740), les culasses du circuit magnétique du déclencheur électromagnétique constituent des joues de soufflage de l'arc. Les joues encadrent les contacts fixe et mobile et la zone de développement de l'arc et leur écartement est important. Elles sont de ce fait incapables d'exercer un effort notable sur le contact mobile, dont l'extrémité pénètre entre les joues et l'ouverture du disjoncteur sur défaut résulte de la détection de ce défaut par le déclencheur et du déverrouillage du mécanisme de manoeuvre. L'ouverture du disjoncteur intervient avec un certain retard empêchant toute limitation du courant.

[0003] L'obtention de pouvoirs de coupure élevés dans les disjoncteurs basse tension nécessite un déplacement rapide du coo- tact mobile en vue d'obtenir l'insertion d'une tension d'arc entraînant la limitation du courant. Différentes techniques ont déjà été proposées pour améliorer ce déplacement du contact et les performances des disjoncteurs. notamment :

1) répulsion électrodynamique des contacts fixe et mobile;

2) accélération du contact mobile par percussion du noyau mobile du déclencheur électromagnétique instantané;

3) insertion d'une partie du contact mobile dans l'entrefer d'un circuit magnétique à auto-excitation ou à excitation indépendante par une bobine. (brevet français ? 2.185.853 et ses additions Nos. 2.237.302 et 2.278.146).

[0004] Le but de l'invention est de faire usage de la troisième technique par l'emploi de moyens simples et compacts.

[0005] Le disjoncteur selon l'invention est caractérisé en ce que les joues s'étendent parallèlement aux parois latérales du boîtier et définissent entre elles un premier entrefer de faible épaisseur à travers lequel s'étend en position de fermeture des contacts une languette conductrice appartenant au contact mobile, de façon que le flux magnétique, engendré dans ledit entrefer par le courant de défaut parcourant la bobine, lorsque ce courant dépasse un deuxième seuil supérieur audit premier seuil, provoque un effet électrodynamique de déplacement rapide du contact mobile en position d'ouverture.

[0006] Le faible entrefer permet de disposer d'un flux magnétique suffisant pour déplacer le contact mobile en position d'ouverture avant le déverrouillage du mécanisme et il est inutile de rappeler le fonctionnement qui est décrit en détail dans les brevets français précités de la demanderesse. La force s'exerçant sur le contact mobile peut être une force de Laplace résultant de l'interaction du courant parcourant le contact et le champ magnétique dans l'entrefer.

[0007] Le seuil de répulsion du contact mobile est supérieur au seuil de déclenchement du déclencheur de manière à éviter une zone critique de battements du contact.

[0008] Un deuxième entrefer est ménagé entre la palette et les joues du circuit magnétique et selon une caractéristique importante de l'invention, ces entrefers sont disposés dans deux branches ou boucles différentes et en parallèle du cir- cuit magnétique.

[0009] La bobine d'excitation est avantageusement enroulée sur un noyau transversal intercalé entre les joues pour engendrer un flux qui se partage dans les boucles en parallèle en deux flux partiels, dont l'un traverse le premier entrefer et provoque par interaction avec le courant dans la languette le déplacement ultra-rapide du contact mobile vers la position d'ouverture, et dont l'autre traverse le deuxième entrefer et attire la palette.

[0010] Le contact mobile est monté élastiquement sur un support et sollicité en position de fermeture par un ressort de pression de contact. Un ressort de rappel de force différente agit sur la palette de manière que l'attraction de la palette intervient après dépassement d'un premier seuil du courant, dénommé seuil de déclenchement, inférieur à un deuxième seuil, dénommé seuil de répulsion, qui provoque l'entrainement électrodynamique du contact mobile vers la position d'ouverture. Le déverrouillage du support par le déclencheur empêche toute refermeture du contact mobile ré- pulsé électrodynamiquement.

[0011] D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique en élévation et en coupe verticale d'un pôle d'un disjoncteur limiteur équipe d'un déclencheur électromagnétique selon l'invention, et représenté en position de fermeture des contacts;

les figures 2 à 4 montrent des vues en coupe selon la ligne II-II de la figure 1, respectivement en position de fermeture, au début de la course d'ouverture sur action électrodynamique avant déclenchement du mécanisme, et en position d'ouverture définitive après déclenchement.

[0012] Sur les figures, un disjoncteur basse tension à haut pouvoir de coupure comporte un boîtier 10 moulé formé de deux demi- coquilles 12, 14 en matériau isolant. Le boîtier 10 renferme un dispositif de coupure 16, un mécanisme de manoeuvre 17 à manette de commande manuelle (non représentée), un déclencheur thermique à bilame 18 et un déclencheur électromagnétique 20 instantané coopérant avec le mécanisme 17 lors de l'apparition d'un courant de surcharge ou de court-circuit pour actionner l'équipage mobile vers la position d'ouverture.

[0013] Le circuit magnétique 22 du déclencheur électromagnétique 20 comporte deux culasses ou joues 24, 26 parallèles aux parois latérales du boîtier 10 et réunies entre elles par un noyau 28 transversal sur lequel est enroulé une bobine 30 du déclencheur 20. Le noyau 28 s'étend perpendiculairement aux parois du boîtier 10 et est assujetti aux culasses 24, 26 par tout procédé de fixation approprié, notamment par rivetage ou sertissage. Deux entrefers e₁ et e2 sont agencés entre les extrémités supérieures des culasses 24, 26 et une palette 32 mobile de déclenchement disposée au-dessus de la bobine 30 à l'opposé du dispositif de coupure 16. La palette 32 est constituée par un étrier 33 ferromagnétique en forme de U,monté à pivotement sur un axe 34, et sollicité par un ressort de rappel 36 vers une position écartée de réarmement. L'étrier 33 est doté d'un doigt 38 susceptible d'actionner un poussoir 40 de déverrouillage lors de l'excitation de la bobine 30. Les extrémités inférieures des culasses 24, 26 du circuit magnétique 22 sont pliées en équerre et dirigées l'une vers l'autre parallèlement au fond 46 du boîtier 10 en étant séparées par un entrefer e₃ transversal.

[0014] Le dispositif de coupure 16 comprend un pont mobile 48 à contacts mobiles coopérant en position de fermeture avec deux contacts fixes 50, 52 conjugués reliés respectivement à une borne d'alimentation 54, et à la bobine 30 du déclencheur 20. Le pont 48 est pourvu d'une languette 56, en matériau conducteur et en forme de feuillet, inséré dans l'entrefer e₃ transversal du circuit magnétique 22 en position de fermeture des contacts 48, 50, 52. A chaque paire de contacts fixe et mobile est associée une chambre 58, 60 d'extinction d'arc formée d'une manière bien connue des spécialistes par un empilage de tôles métalliques de désionisa- tion. La languette 56 présente une hauteur supérieure son épaisseur et occupe lors de la fermeture du disjoncteur une position dissymétrique dans l'entrefer e₃.

[0015] Le mécanisme de manoeuvre 17 comporte un support ou cage 62 coulissant sollicité vers le bas sur la figure 1 par un organe ressort (non représenté). La cage 62 porte un crochet 42 monté à pivotement sur un axe 66 et susceptible de s'accrocher à une butée 44 pour retenir la cage 62 en position élevée correspondant à la fermeture des contacts 48, 50, 52. Le poussoir 40 de déverrouillage agit sur le crochet 42 pour libérer la cage 62 lors de l'attraction de la palette 32. Le pont de contact 48 est positionné dans des lumières allongées 64 ménagées dans les ailes de la cage 62.

[0016] Un ressort de compression 68, intercalé entre le fond de la _cage 62 et le pont de contact 48, sollicite ce dernier vers le haut en appui contre le fond des lumières 64. Le ressort 68 assure la pression de contact en position de fermeture du disjoncteur et autorise un déplacement vers le bas en position d'ouverture du pont de contact 48, la cage 62 étant verrouillée.

[0017] On remarque que le circuit magnétique 22 associé à la bobine 30 du déclencheur 22 est agencé pour remplir deux fonctions :

1) accélération du pont mobile 48 par entraînement électrodynamique vers la position d'ouverture lors d'un court-circuit important à l'encontre du ressort 68;

2) ouverture automatique du disjoncteur lors du déclenchement du mécanisme 17 par déverrouillage du crochet 42 due à l'attraction de la palette 32 dès que le défaut dépasse un seuil prédéterminé.

[0018] A chacune de ces fonctions correspond un entrefer dans le circuit magnétique 22, en l'occurrence :

- l'entrefer e₃, dans lequel se trouve engagé la languette 56 solidaire du pont de contact 48;

et les entrefers e₁ et e₂, entre les culasses fixes 24, 26 et la palette mobile 32 de déverrouillage du crochet 42.

[0019] En remplissant ces deux fonctions, le circuit magnétique 22 constitue à la fois un propulseur électrodynamique du pont mobile 48 et un déclencheur électromagnétique instantané. Il ressort clairement de la figure 3 que le flux d'induction engendré par la bobine 30 se décompose en un flux φ₁ traversant l'entrefer e₃ de logement du pont de contact 48 et un flux φ₂ traversant les entrefers e₁ et e₂. Les deux circuits pu boucles magnétiques sont en parallèle et correspondent respectivement aux fonctions 1 et 2, les deux flux φ₁ et 0₂ étant engendrés par la même bobine 30 du déclencheur.

[0020] Le déclencheur thermique comporte un bilame 18 relié d'une part à une borne 70 et d'autre part par une tresse 72 à la bobine 30. Le bilame 18 commande le déverrouillage du crochet 42, lors de l'apparition d'un courant de surcharge d'une manière bien connue.

[0021] Le fonctionnement du dispositif de coupure rapide selon l'invention est le suivant:

En position de fermeture du disjoncteur (fig. 1 et 2), le courant nominal entre dans l'appareil par la borne 70 et parcourt successivement le bilame 18, la tresse de liaison 72, la bobine 30 du déclencheur, la plage du contact fixe 52 le pont de contact mobile 48 et sa languette 56 associée, la plage de contact fixe 50, et sort par la borne 54 opposée. Les flux φ₁ et φ₂ sont trop faibles pour vaincre la force antagoniste des ressorts 68 et 36. Le bras de contact 48 reste en position fermé et la palette 32 reste en position écartée. La languette 56 est insérée dans l'entrefer 23 et occupe une position dissymétrique tel que représenté à la figure 2. Le crochet 42 maintient la cage 62 en position de fermeture.

[0022] Lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, dépassant un seuil IS₂, l'interaction entre le flux magnétique 0₁ existant dans l'entrefer e₃ et le courant 1 circulant dans la languette 56 crée une force électrodynamique F₁ de répulsion dans le sens de l'ouverture du pont de contact 48 à l'encontre de la force résistante du ressort 68 (voir figure 3). L'ouverture intervient rapidement sans attendre le déverrouillage du crochet 42 et la libération de la cage 62 et elle engendre un arc favorable à l'effet de limitation recherché. Simultanément, la palette 32 est attirée et elle déverrouille la cage 62 qui se déplace vers le bas en direction du fond 46 du boîtier sous l'action de la force F₂ du ressort (non représenté). La venue en butée des fonds des lumières 64 de la cage 62 contre le pont de contact 48 maintient ce dernier en position d'ouverture (voir fig. 4).

[0023] L'attraction de la palette 32, due au flux φ₂, se produit lorsque le courant est supérieur à un seuil IS₁, dénommé seuil de déclenchement instantané du déclencheur 20. Il est impératif que le seuil IS₁ de déclenchement soit inférieur au seuil IS₂ de répulsion pour éviter toute zone critique favorable à des phénomènes de battement.

[0024] Dans la zone des surcharges inférieures au seuil IS₁ 1 n'y a pas d'attraction de la palette 32 ni de répulsion de la languette 56, et le pont de contact 48 reste fermé jusqu'au déverrouillage du crochet 42 opéré par la déformation du bilame 18. La libération de la cage 62 assure le déplacement du pont de contact 48 vers la position d'ouverture (fig. 4) sous l'action de la force F₂. Dans la zone d faibles court-circuits dans laquelle le courant est compris entre les seuils IS₁ de déclenchement et IS₂ de répulsion, il ne se produit pas d'entraînement électrodynamique de la languette 56 et du pont 48. L'ouverture s'effectue par déverrouillage de la cage 62 due à l'attraction de la palette 32 par le flux φ₂ du circuit magnétique 22.

[0025] Le circuit magnétique 22 et sa bobine 30 d'excitation enroulée sur le noyau transversal 28 forment un ensemble fixe disposé à l'intérieur de la cage 62 sans entraver le coulissement de cette dernière entre la position de fermeture (fig. 2) et d'ouverture (fig. 4).

[0026] Il est clair que le déplacement du pont de contact 48 peut s'effectuer vers l'intérieur du cir-cuit magnétique et que la conformation de ce dernier peut être différente.

Revendications

1. Disjoncteur limiteur basse tension multipolaire à boîtier moulé (10) comportant par pôle un contact fixe (50, 52) coopérant en position de fermeture du disjoncteur avec un contact mobile (48) accouplé à un mécanisme (17) de manoeuvre manuelle et/ou automatique d'ouverture et de fermeture du disjoncteur et un déclencheur électromagnétique (20) coopérant avec ledit mécanisme (17) pour déclencher le disjoncteur et ouvrir les contacts (48, 50, 52) lorsque le courant de défaut détecté par le déclencheur électromagnétique (29) dépasse un premier seuil, ledit déclencheur comprenant une bobine d'excitation (30) parcourue par ledit courant de défaut et un circuit magnétique (22) ayant une palette mobile (32) et deux culasses fixes en forme de joues (24, 26) encadrant la bobine (30) à axe perpendiculaire aux joues et coopérant avec la palette mobile (32) pour déplacer cette dernière en position de déclenchement lors du dépassement dudit premier seuil, caractérisé en ce que les joues (24,26) s'étendent parallèlement aux parois latérales (12, 14) du boîtier (10) et définissent entre elles un premier entrefer (23) de faible épaisseur à travers lequel s'étend en position de fermeture des contacts (48, 50, 52) une languette (56) conductrice appartenant au contact mobile (48), de façon que le flux magnétique, engendré dans ledit entrefer (23) par le courant de défaut parcourant la bobine (30), lorsque ce courant dépasse un deuxième seuil supérieur audit premier seuil, provoque un effet électrodynamique de déplacement rapide du contact mobile (48) en position d'ouverture.

2. Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par fait qu'entre lesdites joues (24, 26) et ladite palette (32) existe un deuxième entrefer (21, 22), lesdits premier (23) et deuxième (21, 22) entrefers étant disposés dans deux boucles (Φ₁ et _m2) en parallèle du circuit magnétique (22).

3. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé. par le fait que la bobine (30) est enroulée sur un noyau (28) intercalé entre les joues (24,26) et s'étendant perpendiculairement aux joues (24, 26) pour former un circuit magnétique (22) en H.

4. Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit premier entrefer (23) est défini entre deux extrémités repliées en équerre et se faisant face des joues (24, 26) du circuit magnétique (22), les tranches des joues constituant les surfaces d'entrefer.

5. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit contact mobile (48) est agencé en pont de contact conformé ou associé à ladite languette (56) insérée en position de fermeture des contacts (48, 50, 52) dans le premier entrefer (23).

6. Disjoncteur selon la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que le contact mobile (48) est monté élastiquement sur un support (62) appartenant audit mécanisme de manoeuvre (17) et que ledit contact mobile (48) est déplaçable en position d'ouverture par un mouvement relatif par rapport audit sup- port (62) sous ledit effet électrodynamique.

7. Disjoncteur selon la revendication 6, caractérisé par un verrou (42, 44) susceptible de verrouiller ledit support (62) en position de fermeture du disjoncteur et un organe de déverrouillage (40) actionné par la palette (32) pour déverrouiller le verrou (42, 44) et provoquer le déplacement du support (62) vers la position d'ouverture.

8. Disjoncteur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit support (62) est en forme de cage coulissante à l'intérieur de laquelle sont disposés fixes la bobine (30) et le circuit magnétique (22).

9. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la languette (56) est légèrement inférieure à l'épaisseur du premier entrefer (23) pour permettre une insertion à faible jeu et que la hauteur de la languette (56) est supérieure à son épaisseur.

Dessins