DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention se rapporte à un actionneur électromagnétique dont l'immunité
aux chocs électriques a été renforcée. Elle concerne en particulier les actionneurs
électromécaniques qui sont utilisés en association avec des serrures de déclenchement
d'appareils électriques de protection de lignes, par exemple des appareils différentiels
et/ou de disjonction dépendants de la tension secteur.
[0002] Ces appareils doivent déclencher dans des conditions bien particulières, typiquement
lorsqu'il se produit un déséquilibre entre la somme des courants entrants et la somme
des courants sortants de la ligne protégée par l'appareil en question, ce qui correspond
à une protection « différentielle » suite à un défaut différentiel, ou lorsque l'intensité
du courant est anormalement élevée, ce qui correspond à une protection « magnétique
» suite à un défaut de court-circuit.
[0003] Un actionneur comporte classiquement des bobines entourant un noyau magnétique mobile
susceptible de se déplacer d'une position de repos à une position d'actionnement sous
l'effet du champ magnétique créé par les bobines. Plus précisément, il comporte :
- une bobine dite « différentielle » générant un champ magnétique en réponse à un défaut
du type différentiel sur la ligne de courant à protéger ;
- une bobine dite « magnétique » générant un champ magnétique en réponse à un défaut
du type court-circuit sur la ligne de courant à protéger.
[0004] Il s'agit en réalité d'un actionneur à enroulement multiple, qui consiste en une
solution compacte permettant d'assurer différents types de protections avec un même
actionneur.
ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION
[0005] Le problème que se propose de résoudre cette invention est le suivant : les circuits
protégés par des appareils électriques tels que ceux mentionnés auparavant subissent
des tests et sont soumis à des essais de compatibilité électromagnétique (CEM), afin
de vérifier s'ils sont suffisamment immunisés contre les perturbations provenant des
autres équipements, ou plus généralement de l'environnement.
[0006] Ces essais sont normés, et consistent à envoyer plusieurs ondes de courant 8/20µs,
puis une onde de tension 1,2/50µs dans l'appareil électrique. Ce dernier ne doit pas
déclencher dans ces conditions. Cela signifie qu'en appliquant de telles ondes, il
ne doit pas survenir de claquage diélectrique, ni de détérioration de composant à
l'intérieur de l'appareil.
[0007] Il est d'usage qu'un tel actionneur soit piloté par un élément de commande, par exemple
un thyristor, lui-même activé lorsque le circuit de détection de l'appareil détecte
un défaut. Une varistance protège l'élément de commande en cas d'onde de surtension
comme une onde de tension 1,2/50µs. Cette varistance devient passante au-delà d'un
seuil de tension défini et permet ainsi de limiter la tension aux bornes de l'élément
de commande à une valeur inférieure à la tension de claquage de l'élément de commande.
[0008] Lorsqu'une onde de tension 1,2/50µs circule dans la bobine différentielle, elle peut
provoquer un déclenchement intempestif de l'appareil sous 2kV, alors que la norme
exige que l'actionneur soit capable de supporter des chocs sans déclenchement en dessous
de 2kV.
[0009] Lorsqu'une onde de courant 8/20µs circule dans la bobine magnétique, et si les spires
de la bobine différentielle sont imbriquées dans les spires de la seconde bobine magnétique,
par couplage électromagnétique, apparaît une importante tension induite aux bornes
de la première bobine différentielle, ce qui provoque des claquages diélectriques
avec une destruction de la protection différentielle.
[0010] Pour pallier à ces deux problèmes, une solution actuelle consiste à placer une varistance
additionnelle aux bornes de la bobine différentielle. Cette solution permet d'éviter
les claquages en onde de courant 8/20µs, mais a pour inconvénient d'augmenter la tension
(de l'ordre de 1000V) aux bornes de l'élément de commande lors d'une onde de tension
1,2/50µs à cause du très fort courant (de l'ordre de 1000A) drainé par les deux varistances
en série. L'élément de commande, pour ne pas se dégrader prématurément, doit donc
être capable de supporter une telle tension. Il consistera donc, par exemple, en un
thyristor 1200V ou un IGBT, c'est-à-dire un composant relativement cher.
[0011] Il est possible d'ajouter une résistance en amont de la bobine différentielle afin
de limiter le courant qui traverse les varistances, mais cela remet en cause la compacité
de l'actionneur, et l'élément de commande sera tout de même choisi parmi des composants
chers pour supporter à la fois les ondes de tension 1,2/50µs et les ondes de courant
8/20µs.
[0012] La solution employée actuellement s'avère donc relativement coûteuse.
[0013] Le document
EP0962952 décrit un actionneur selon le préambule de la revendication 1.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0014] L'objectif poursuivi, dans le cadre de la présente invention, réside donc à développer
un actionneur électromagnétique capable de supporter des chocs provoqués par des surtensions
brèves non provoquées par un dysfonctionnement du circuit proprement dit, sans induire
de déclenchement de l'appareil dans lequel l'actionneur est intégré. La fabrication
d'un tel actionneur électromagnétique devra de plus être simple de mise en oeuvre
et peu coûteuse.
[0015] L'actionneur électromagnétique selon l'invention comporte, de façon classique :
- une bobine différentielle générant un champ magnétique en réponse à un défaut du type
différentiel sur la ligne de courant à protéger ;
- une bobine magnétique, imbriquée avec la bobine différentielle, et générant un champ
magnétique en réponse à un défaut du type court-circuit sur la ligne de courant à
protéger.
[0016] Cet actionneur se caractérise à titre principal en ce qu'il comporte également une
troisième bobine enroulée en court-circuit et imbriquée avec lesdites bobines différentielle
et magnétique, générant un champ magnétique opposé au champ magnétique créé par la
bobine magnétique.
[0017] L'idée principale de cette invention consiste à prévoir une bobine supplémentaire
court-circuitée au lieu d'une varistance supplémentaire comme cela était le cas dans
l'art antérieur. Cette solution est autant avantageuse d'un point de vue économique,
puisqu'une bobine est moins coûteuse qu'une varistance, que d'un point de vue compacité,
car la bobine supplémentaire est imbriquée dans le volume défini par les bobines déjà
existantes et ne prend donc pas de place supplémentaire.
[0018] Lorsque la bobine magnétique est traversée par une onde de courant 8/20µs, elle génère
un champ magnétique. La bobine court-circuitée capte ce champ magnétique de par son
positionnement au voisinage de la bobine magnétique, et créé naturellement, par couplage
magnétique, un courant induit qui la traverse dans le sens opposé au courant qui circule
dans la bobine magnétique. Ce courant induit créée alors un champ magnétique qui s'oppose
à celui créé par la bobine magnétique. Le champ magnétique résultant est nettement
inférieur à celui initialement créé par la bobine magnétique, ce qui permet de réduire
la tension induite sur la bobine différentielle.
[0019] Cette configuration permet d'éviter les claquages provoqués par les ondes de courant
8/20µs, sans influencer sur le bon fonctionnement de l'actionneur lors d'une onde
de tension 1,2/50µs.
[0020] De plus, puisque la tension induite sur la bobine différentielle est réduite, les
composants situés en aval, c'est-à-dire la varistance aux bornes de l'élément de commande
et l'élément de commande, peuvent être sélectionnés dans une gamme inférieure et donc
moins coûteuse.
[0021] L'invention est axée sur le fait que les trois bobines sont localisées dans un même
espace défini afin d'avoir un couplage magnétique entre elles. Les trois bobines peuvent
même être coaxiales afin de simplifier leur bobinage et leur positionnement au sein
de l'actionneur. Cette configuration permet d'assurer une compacité maximale de l'actionneur.
[0022] Selon une possibilité, la troisième bobine court-circuitée et la bobine différentielle
ont un point en commun pour le bobinage, par exemple au niveau d'une broche d'une
chemise cylindrique autour de laquelle sont enroulées simultanément les spires des
deux bobines lors de l'étape de bobinage pendant la fabrication de l'actionneur. Ce
point commun permet ainsi de faciliter le bobinage simultané des deux bobines et l'intégration
de la bobine court-circuitée au sein de l'actionneur.
[0023] De manière générale, la bobine court-circuitée est dimensionnée de sorte à ce qu'elle
n'interfère pas sur le fonctionnement normal des bobines magnétique et différentielles.
[0024] L'invention protège également un appareil électrique de protection de ligne comprenant
un actionneur électromagnétique tel que décrit ci-dessus.
[0025] La présente invention va être mieux comprise à partir de la description détaillée
ci-après et des dessins annexés qui sont fournis à titre d'illustration uniquement,
sans limiter la présente invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0026] L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées,
pour lesquelles :
- la figure 1 représente une vue schématique de l'actionneur selon l'invention ;
- la figure 2 consiste en un graphique montrant l'évolution de la tension induite mesurée
sur un actionneur lors d'une onde de courant 8/20µs.
[0027] L'actionneur de l'invention tel qu'illustré en figure 1 comporte une bobine magnétique
(1) et une bobine différentielle (2) connectées en parallèle dans la ligne protégée,
c'est-à-dire typiquement entre phase Ph et neutre N. Cet actionneur est placé classiquement
en amont d'une charge présente sur la ligne à protéger.
[0028] Ces bobines (1, 2) entourent un noyau magnétique mobile (non représenté) susceptible
de se déplacer d'une position de repos à une position d'actionnement sous l'effet
du champ magnétique créé par les bobines (1, 2), de manière à fermer ou ouvrir les
contacts (8) positionnés en amont de la charge.
[0029] Cet actionneur est piloté par un élément de commande (5), un thyristor en l'occurrence,
lui-même activé lorsque le circuit de détection (non représenté) de l'appareil détecte
un défaut. Ce thyristor (5) est placé en aval de la bobine différentielle (2) entre
la phase Ph et le neutre N.
[0030] Une varistance (4), connectée en parallèle du thyristor (5), protège ce dernier en
cas d'onde de surtension.
[0031] Cet actionneur comporte de plus une bobine court-circuitée (3) sur elle-même. Les
trois bobines (1, 2, 3) sont séparées les unes des autres sur la figure 1, mais sont
en réalité imbriquées les unes dans les autres de manière à générer un couplage magnétique.
[0032] La bobine (3), de par sa formation en court-circuit, générera toujours un champ magnétique
opposé au champ généré par la bobine magnétique (1) lors d'une onde de courant 8/20µs,
et ce peu importe le sens de bobinage. Par conséquent, la tension aux bornes de la
bobine différentielle (2) est réduite, ce qui permet d'éviter les claquages diélectriques
et la détérioration de la varistance et du thyristor adjacents.
[0033] La bobine court-circuitée (3) et la bobine différentielle (2) peuvent être reliées
au niveau d'un point commun (7), qui se trouve alors au potentiel phase. La liaison
est représentée en pointillé sur la figure 1. Elle sert de point d'ancrage pour le
bobinage simultané des deux bobines (2, 3).
[0034] La figure 2 permet d'illustrer la réduction de la tension induite sur la bobine différentielle
lors d'une onde de courant 8/20µs de 3000A. Dans cet exemple, la bobine magnétique
comporte 7 spires, et la bobine différentielle comporte 1000 spires.
[0035] La courbe (10) montre l'évolution de la tension induite mesurée sur un actionneur
de l'art antérieur tel que décrit précédemment, sans varistance additionnelle. La
tension induite présente un pic qui grimpe au-delà de 12000V.
[0036] La courbe (11) montre l'évolution de la tension induite mesurée sur un actionneur
selon l'invention, avec une troisième bobine ayant 100 spires mises en court-circuit
et imbriquées dans les deux autres bobines. Par rapport à la courbe (10), la tension
induite est divisée par 3, et monte à 4000V au maximum.
[0037] La courbe (12) enfin montre l'évolution de la tension induite mesurée sur un actionneur
selon l'invention, avec une troisième bobine ayant 200 spires mises en court-circuit
et imbriquées dans les deux autres bobines. L'augmentation du nombre de spires en
court-circuit permet encore de diminuer la tension induite, et cette dernière s'élève
à moins de 3000V.
1. Actionneur électromagnétique de protection de ligne, comprenant plusieurs bobines
entourant un noyau magnétique mobile susceptible de se déplacer d'une position de
repos à une position d'actionnement sous l'effet du champ magnétique créé par les
bobines, et comportant :
- une bobine différentielle (2) générant un champ magnétique en réponse à un défaut
du type différentiel sur la ligne de courant à protéger ;
- une bobine magnétique (1), caractérisé en ce que ladite bobine magnétique (1) est imbriquée avec la bobine différentielle (2), et
génére un champ magnétique en réponse à un défaut du type court-circuit sur la ligne
de courant à protéger ;
et
en ce que l'actionneur électromagnetique comporte également une troisième bobine (3) enroulée
en court-circuit et imbriquée avec lesdites bobines différentielle (2) et magnétique
(1), générant un champ magnétique opposé au champ magnétique créé par la bobine magnétique
(1).
2. Actionneur électromagnétique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les trois bobines (1, 2, 3) sont coaxiales.
3. Actionneur électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième bobine (3) court-circuitée et la bobine différentielle (2) ont un point
en commun (7) pour le bobinage.
4. Appareil électrique de protection de ligne comprenant un actionneur électromagnétique
tel que décrit dans les revendications précédentes.
1. Elektromagnetischer Aktuator zum Leitungsschutz, der mehrere Spulen umfasst, die einen
beweglichen magnetischen Kern umgeben, der sich von einer Ruheposition zu einer Betätigungsposition
unter der Einwirkung des Magnetfelds, das von den Spulen erzeugt wird, bewegen kann,
und der Folgendes umfasst:
- eine Differenzspule (2), die ein Magnetfeld als Reaktion auf einen Fehler vom differenziellen
Typ auf der zu schützenden Stromleitung erzeugt;
- eine Magnetspule (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (1) mit der Differenzspule (2) verschachtelt ist und ein Magnetfeld
als Reaktion auf einen Fehler vom Typ Kurzschluss auf der zu schützenden Stromleitung
erzeugt;
und dass der elektromagnetische Aktuator auch eine dritte Spule (3) umfasst, die in
Kurzschluss gewickelt und mit der Differenzspule (2) und der Magnetspule (1) verschachtelt
ist, die ein Magnetfeld erzeugt, das dem Magnetfeld, das von der Magnetspule (1) geschaffen
wird, entgegengesetzt ist.
2. Elektromagnetischer Aktuator nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass die drei Spulen (1, 2, 3) koaxial sind.
3. Elektromagnetischer Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kurz geschlossene dritte Spule (3) und die Differenzspule (2) einen gemeinsamen
Punkt (7) für das Wickeln haben.
4. Elektrisches Leitungsschutzgerät, das einen elektromagnetischen Aktuator wie in den
vorhergehenden Ansprüchen beschrieben umfasst.