EP1347479B1

EP1347479B1 - Appareillage électrique de coupure limiteur ultrarapide

Info

Publication number: EP1347479B1
Application number: EP03354022A
Authority: EP
Inventors: Pierre Baginski; Grégoire Brun; Jean-Paul Ferrand; Jacques Joubert; Christian Pellegrin; Richard Vacher
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: FR2837619B1; US6777635B2; US20030179525A1; FR2837619A1; EP1347479A1

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

L'invention est relative à un appareillage électrique de coupure ultrarapide ayant fonction de disjoncteur limiteur.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Dans le document EP 0 309 311 est décrit un disjoncteur limiteur à commande d'ouverture rapide des contacts par effet Thomson, dont chaque pôle est pourvu d'un équipage mobile ayant un pont principal mobile formant un circuit principal avec une paire de contacts principaux fixes reliés à des plages d'amenée de courant, et un pont de contact d'arc mobile formant avec une paire de contacts d'arc fixes un circuit d'arc connecté en parallèle sur le circuit principal. Un organe propulseur à effet Thomson sert à entraîner l'équipage mobile, pour l'ouverture du circuit principal et du circuit d'arc. Un dispositif de verrouillage maintient l'équipage mobile en position d'ouverture contre la sollicitation de ressorts de rappel tendant à ramener l'équipage mobile en position fermée. Un deuxième propulseur à effet Thomson sert à déverrouiller le dispositif de verrouillage.
Toutes les ouvertures du disjoncteur, qu'il s'agisse de simples manoeuvres ou d'ouvertures sur défauts, sont provoquées par l'actionneur à effet Thomson qui doit de ce fait être dimensionné pour un très grand nombre de cycles. L'actionneur à effet Thomson entraîne les contacts sur toute la course d'ouverture. Par ailleurs, l'actionneur à effet Thomson exige une alimentation en puissance électrique propre et, en cas de défaillance de celle-ci, il n'existe pas de moyen subsidiaire de manoeuvre de l'appareil. Par ailleurs, l'appareil ainsi conçu est très spécifique par rapport aux disjoncteurs basse tension de puissance de conception classique qui constituent l'immense majorité de la gamme, de sorte que son coût reste élevé. Enfin, les ouvertures et fermetures à l'aide de l'actionneur à effet Thomson sont extrêmement brusques, indépendamment du type de défaut. Le mécanisme de l'appareil souffre donc considérablement lors des cycles d'ouverture et de fermeture.
Pour limiter les chocs, il a été proposé dans le document FR 2 377 086 , de subdiviser en deux parties l'accumulateur d'énergie électrique à condensateurs assurant l'alimentation de l'actionneur à effet Thomson. En cas d'ouverture dans des conditions normales, une seule des deux parties est utilisée alors qu'en cas de défaut électrique, les deux parties de l'accumulateur d'énergie sont utilisées, une puissance plus importante étant alors disponible.
Pour piloter des disjoncteurs limiteurs à effet Thomson, on connaît des procédés de détection des courts-circuits électrique fournissant, de manière très rapide et très fiable, un signal de détection de court-circuit, permettant de commander rapidement un relais électromécanique assurant le déverrouillage d'un mécanisme du disjoncteur. Le document DE 36 42 136 décrit un tel procédé de détection utilisant un signal d'intensité du courant et un signal de la dérivée de l'intensité du courant pour prendre une décision très rapide sur l'existence d'un court-circuit. La détection précoce des courts-circuits alliée à la rapidité de réaction du propulseur à effet Thomson assure au disjoncteur une fonction limitatrice très performante lui permettant de couper des courants présumés quasiment infinis. Toutefois, la fonction limitatrice n'est assurée que par le déclenchement du disjoncteur, de sorte qu'elle ne favorise pas la sélectivité aval dans un tableau de distribution.
On connaît par ailleurs des disjoncteurs dont l'ouverture est obtenue par un mécanisme à ressort, et ayant un temps de réponse très court lors du déclenchement sur défaut. Il a notamment été proposé, dans le document EP 780 380, A1 , d'utiliser la réaction mécanique issue de la compensation électrodynamique des organes de contact compensés pour provoquer un déclenchement automatique. Le cliquet d'ouverture comporte des moyens d'actionnement débrayables provoquant l'auto-déverrouillage du verrou en présence d'un courant de court-circuit dépassant un seuil de calibrage défini par un ressort, ledit auto-déverrouillage étant commandé à partir d'une réaction mécanique engendrée par l'effet de compensation électrodynamique, et provoquant une rotation ultrarapide du verrou pour déverrouiller le cliquet d'ouverture avant l'intervention de l'organe de déclenchement. Pour améliorer encore le dispositif précédent, il a été proposé, dans le document FR 2 781 921 , d'y adjoindre des moyens de limitation électromagnétique assurant une séparation des doigts de contact pour limiter les très forts courants en attendant l'ouverture du mécanisme. Le disjoncteur obtenu est très performant, mais la séparation des doigts de contact par réaction électromagnétique ne peut avoir lieu avant que l'intensité du courant ait dépassé un seuil de limitation.

EXPOSE DE L'INVENTION

L'invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique, de manière à proposer un disjoncteur limiteur à ouverture ultrarapide, extrêmement fiable, relativement compact, et de coût réduit qui permette une séparation des contacts et un effet de limitation sans attendre que l'intensité du courant ait dépassé un seuil de limitation.
A cet effet, l'invention a pour objet un appareillage électrique de coupure selon la revendication 1.
La présence d'un mécanisme d'entraînement indépendant de l'actionneur permet tout d'abord de limiter le nombre de manoeuvre que doit effectuer l'actionneur rapide puisque certaines des ouvertures pourront être effectuées par actionnement du verrou du mécanisme. De plus, l'actionneur n'a qu'à fournir l'énergie nécessaire au déplacement du deuxième contact jusqu'à la position de séparation. Lorsque l'ouverture est confirmée par un ordre de déverrouillage du verrou d'ouverture, le mécanisme entraîne le porte contact vers la position ouverte ce qui a pour effet d'éloigner davantage le contact mobile du premier contact. En d'autres termes, une partie de la course du contact mobile par rapport au contact fixe est assurée par le ressort d'ouverture du mécanisme. Le dimensionnement de l'actionneur et de l'électronique associée s'en trouve grandement simplifié.
La redondance des fonctions d'ouverture permet en outre un fonctionnement dégradé lorsque l'alimentation électrique ou l'électronique de puissance associées à l'actionneur ultrarapide, voire l'actionneur lui-même, sont défaillants. Dans ce cas en effet, le disjoncteur se comporte comme un disjoncteur limiteur classique. La fiabilité globale de la fonction de coupure de l'appareil s'en trouve améliorée.
Par ailleurs, dans la mesure où la fermeture est effectuée par le mécanisme, il est possible en cas de fermeture sur défaut, d'obtenir une séparation immédiate des contacts par l'intermédiaire de l'actionneur.
Préférentiellement, l'appareillage comporte en outre un ressort de pression de contact rappelant le deuxième contact vers la position de contact, lorsque le deuxième contact est proche de la position de contact.
Suivant un premier mode de réalisation, le ressort de pression de contact prend appui sur la cage mobile. Suivant un mode de réalisation alternatif, le ressort de pression de contact prend appui sur un support de l'appareillage, le deuxième contact étant lié à la cage par une liaison cinématique.
Avantageusement, le mécanisme d'entraînement comporte des moyens de fermeture pour amener le mécanisme d'entraînement de la position d'ouverture à la position de fermeture, la chaîne cinématique de transmission entraînant la cage de la position ouverte à la position fermée lorsque le mécanisme d'entraînement passe de la position de d'ouverture à la position de fermeture. Les moyens de fermeture comportent un ressort de fermeture qui se décharge pour amener le mécanisme de la position d'ouverture à la position de fermeture. Le ressort d'accumulation est alors dit ressort d'ouverture, pour le distinguer du ressort de fermeture. L'appareil peut être du type dans lequel l'énergie nécessaire pour charger le ressort d'ouverture est tout d'abord stockée dans le ressort de fermeture, la décharge du ressort de fermeture permettant l'armement du ressort d'ouverture. Alternativement, elle peut être du type où l'énergie nécessaire à l'armement du ressort de fermeture est tout d'abord stockée dans le ressort d'ouverture, la décharge du ressort d'ouverture permettant l'armement du ressort de fermeture. Selon un autre mode de réalisation, un même ressort peut assurer la fermeture et l'ouverture sur défaut.
Selon un mode de réalisation, l'appareillage comporte en outre un moyen de rétention du deuxième contact dans une position de rétention située entre la position de contact et la position de séparation, tant que la cage est en position fermée. Ces moyens de rétention permettent d'assurer le maintien en position de rétention, en attendant l'ouverture du mécanisme par le ressort d'accumulation. Préférentiellement le moyen de rétention inclut un verrou anti-retour mobile entre une position neutre et une position anti-retour et passant de la position neutre à la position anti-retour lorsque le deuxième contact passe de la position de contact à la position de séparation, le verrou anti-retour en position anti-retour verrouillant le deuxième contact dans une position de blocage proche de la position de séparation tant que la cage est en position fermée. On obtient ainsi un verrouillage positif du deuxième contact, d'où un accrochage efficace même dans le cas où le deuxième contact, propulsé par l'actionneur, subirait un rebond en arrivant dans sa position de séparation. Alternativement, on peut prévoir un mécanisme d'articulation bistable entre le deuxième contact et la cage, au moyen des ressorts de pression de contact, de telle sorte que lorsque le deuxième contact se trouve à proximité de la position de séparation, il est rappelé par le ressort de pression de contact vers la position de séparation. Un tel dispositif présente toutefois l'inconvénient d'être moins fiable en cas de rebond violent du deuxième contact dans la position de séparation. Il est alors utile de prévoir une butée haute de fin de course pour le deuxième contact, qui soit en mesure d'absorber l'énergie cinétique du deuxième contact.
Préférentiellement, l'appareillage comporte en outre

une chambre de coupure munie de moyens d'absorption de l'énergie dégagée par un arc électrique tiré entre le premier contact et le deuxième contact lorsque le deuxième contact est séparé du premier contact,
des moyens pour projeter par effet électromagnétique vers la chambre de coupure un arc électrique tiré entre le premier contact et le deuxième contact.

Ces moyens permettent une absorption de l'énergie de l'arc électrique dès la séparation des contacts par l'actionneur électromagnétique, sans attendre la confirmation de l'ouverture par le mécanisme d'entraînement. De préférence, la chambre et les moyens de propulsion électromagnétique de l'arc sont dimensionnés de telle manière que l'arc s'éteigne avant même que le mécanisme d'entraînement ait été en mesure de déplacer la cage. En pratique, on obtient la projection de l'arc vers la chambre notamment en donnant une forme adéquate aux conducteurs reliant les contacts aux plages de raccordement, par exemple une forme de boucle de courant. On peut également introduire un circuit magnétique en U entourant la zone de contact, pour produire un champ électromagnétique fort dans la zone où naît l'arc électrique lors de la séparation des contacts.
Avantageusement, l'appareillage comporte en outre un dispositif d'alimentation électrique pour alimenter l'actionneur électromécanique et délivrer l'énergie électrique nécessaire pour faire passer l'équipage mobile de la position de repos à la position active. Le dispositif d'alimentation électrique comporte un moyen d'accumulation d'énergie électrique. En pratique, il s'agit d'un ou plusieurs condensateurs de puissance qui permettent l'accumulation de l'énergie électrique et sa restitution quasi-instantanée pour l'alimentation de l'actionneur. Selon un mode de réalisation, le dispositif d'alimentation électrique est relié à une source électrique indépendante du circuit électrique de puissance. Toutefois, il est également envisageable de prévoir une commande dont la source électrique soit le circuit électrique de puissance dans lequel se trouvent les contacts de l'appareillage.
La commande de l'appareillage peut être construite suivant différents schémas. Dans le cas d'un disjoncteur, on peut prévoir :

des moyens de détection de défauts électriques et de discrimination entre des défauts électriques nécessitant une ouverture rapide et des défauts électriques ne nécessitant pas une ouverture rapide;
des moyens de commande pour commander à la fois le relais électromécanique et le dispositif d'alimentation électrique lorsque les moyens de détection et de discrimination ont décidé que le défaut électrique nécessite une ouverture rapide et pour commander uniquement le relais électromécanique lorsque les moyens de détection et de discrimination ont décidé que le défaut électrique ne nécessite pas une ouverture rapide.

Alternativement on peut prévoir :

des moyens de mesure d'une caractéristique électrique du circuit électrique de puissance;
un dispositif de déclenchement du mécanisme relié aux moyens de mesure et au relais électromécanique pour commander le relais électromécanique;
un dispositif d'ouverture rapide relié aux moyens de mesure et au dispositif d'alimentation électrique, pour commander l'actionneur électromécanique lorsque le défaut électrique nécessite une ouverture rapide.

Suivant une autre alternative, on prévoit :

des moyens de mesure d'une caractéristique électrique du circuit électrique de puissance;
un dispositif de déclenchement du mécanisme relié aux moyens de mesure et au relais électromécanique pour commander le relais électromécanique en réponse au signal représentatif d'un défaut électrique;
un dispositif d'ouverture rapide relié aux moyens de mesure, au relais électromécanique et au dispositif d'alimentation électrique, pour commander à la fois le relais électromécanique et l'actionneur électromécanique lorsque le défaut électrique nécessite une ouverture rapide.

Cette dernière solution assure une redondance supplémentaire au niveau de la commande du relais pilotant l'ouverture du mécanisme.
Suivant une autre alternative, préférée, on prévoit :

des moyens de mesure d'une caractéristique électrique du circuit électrique de puissance;
un dispositif de déclenchement du mécanisme relié aux moyens de mesure et au relais électromécanique pour commander le relais électromécanique en réponse au signal représentatif d'un défaut électrique;
un dispositif d'ouverture rapide relié aux moyens de mesure, au dispositif de déclenchement et au dispositif d'alimentation électrique, pour commander à la fois le relais électromécanique et l'actionneur électromécanique lorsque le défaut électrique nécessite une ouverture rapide.

Cette solution permet dans tous les cas de commander l'ouverture du relais par l'intermédiaire du dispositif de déclenchement, mais d'imposer des conditions de déclenchement spécifique du relais dans le cas où l'ouverture du mécanisme est précédée d'une séparation des contacts par l'actionneur électromécanique.
Dans une application pratique préférentielle, les moyens de mesure sont constitués par des tores de Rogowsky.
Préférentiellement, l'actionneur électromécanique est constitué par un propulseur à effet Thomson. Naturellement, tout autre propulseur électromécanique ultrarapide est envisageable.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels :

la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un disjoncteur selon l'invention, dans un état fermé;
la figure 2 représente une vue du disjoncteur de la figure 1, dans un état ouvert;
la figure 3 représente une vue du disjoncteur de la figure 1, dans un état intermédiaire contacts bloqués;
la figure 4 représente, suivant un premier mode de réalisation, une vue schématique d'un circuit de commande et d'alimentation d'un actionneur à effet Thomson du disjoncteur de la figure 1;
la figure 5 représente, suivant un deuxième mode de réalisation, une vue d'un circuit de commande et d'alimentation d'un actionneur à effet Thomson du disjoncteur.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION

En référence aux figures 1 à 3, un boîtier 10 en matériau isolant d'un disjoncteur limiteur basse tension de puissance renferme dans sa partie antérieure un mécanisme d'entraînement 12 permettant d'entraîner un barreau de commutation 14 pivotant qui transmet à des pôles 16 de l'appareil, situés en dans la partie postérieure, les mouvements du mécanisme 12.
Le mécanisme d'entraînement 12 est porté par un châssis non représenté, fixe par rapport au boîtier 10, et comporte un dispositif à genouillère ayant une paire de biellettes de transmission 20, 22, articulées l'une à l'autre par un axe de pivotement 24. La biellette supérieure 22 est accouplée mécaniquement au barreau de commutation 14 par un axe 25. La biellette inférieure 20 est articulée par l'intermédiaire d'un axe 26 à un crochet 27 pivotant autour d'un axe de rotation fixe 28. Un verrou d'ouverture 30 verrouille le crochet 28 dans une position armée par l'intermédiaire d'un levier démultiplicateur 32. Le verrou d'ouverture 30 est actionné à l'aide d'un relais électromagnétique 34. Un ressort d'ouverture 36 est tendu entre l'axe 25 et un taquet fixé au châssis.
Le mécanisme est complété par un sous-ensemble d'armement et de fermeture comprenant un levier de transmission 40 muni d'un axe 42 coopérant avec le dispositif à genouillère, d'un galet suivant la courbe d'une came d'armement 44 et d'un axe 46 d'ancrage de l'extrémité d'un ressort de fermeture 48. Le sous-ensemble d'accumulation est complété par un verrou de fermeture 50 bloquant le levier de transmission 40 par l'intermédiaire d'un crochet de démultiplication 52. De manière connue, la rotation de la came d'armement 44 jusqu'à sa position de verrouillage permet de faire pivoter le levier de transmission 40 d'une position désarmée à une position armée et de charger le ressort de fermeture 48, sans interférer avec le mécanisme d'ouverture. En position armée, le levier de transmission 40 est verrouillé par le verrou de fermeture 50. Le déverrouillage du levier 40 permet au ressort de fermeture 48 d'entraîner le levier 40 de la position armée à la position désarmée, l'axe de transmission 42 entraînant alors le dispositif à genouillère en position de fermeture et chargeant le ressort d'ouverture.
Le barreau de commutation 14 est commun à l'ensemble des pôles 16 qui peuvent être par exemple au nombre de trois, quatre ou six, bien que d'autres configurations soit possibles, et est constitué par un arbre supporté par des paliers du boîtier pour pivoter autour d'un axe géométrique fixe entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Au niveau de chaque pôle est agencée une bielle de liaison 54 qui relie une manivelle 56 du barreau à une cage mobile 58 en matériau isolant. La cage 58 pivote autour d'un axe géométrique 60 fixe par rapport au châssis. Un ou plusieurs doigts de contact mobiles 62 sont montés pivotants autour du même axe 60, et reliés par une tresse 64 à une plage de raccordement 66. Les doigts de contact mobiles 62 portent des pastilles de contact 68 qui, dans la position de la figure 1, viennent en contact avec des pastilles de contact fixes 70 disposées sur une autre plage de raccordement 72. Des bielles télescopiques 74 permettent de guider des ressorts 76 de pression de contact agencés entre la cage 58 et les doigts 62. Les ressorts de pression de contact 76 sont, dans l'exemple considéré, des ressorts de compression, qui tendent à faire pivoter les doigts de contact 62 par rapport à la cage 58 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur les figures, de manière à rappeler les contacts 68 des doigts 62 vers le contact fixe 70. La cage 58 porte une butée de fin de course élastomère 78 limitant le mouvement de pivotement des doigts de contact 62. Un verrou latéral escamotable 80 est articulé autour d'un axe 82 traversant les doigts et supporté par ceux-ci. Une butée 84 est disposée sur le fond du boîtier, en regard du verrou 80. Une lame ressort 86 est fixée à une extrémité du verrou 80, en face d'un nez 88 faisant saillie sur la cage.
Une chambre d'extinction d'arc 90 débouche en regard des contacts, son embouchure étant délimitée par un pare-étincelles 92 et une corne d'arc 94 reliée électriquement à la plage de raccordement et au contact fixe 70. La chambre renferme des ailettes de refroidissement métalliques 96 et s'ouvre sur l'extérieur par une grille de fond 98 à l'opposé des contacts 68, 70.
Un propulseur à effet Thomson 100 est disposé dans le socle du boîtier, en regard des doigts de contact 62. De manière conventionnelle, ce propulseur est constitué d'un disque 102 disposé en regard d'un bobinage 104 et solidaire d'une tête de percussion 106. Une tige 108 est fixée à la tête 106 et guidée dans un cylindre fixe 110. Un ressort de rappel 112 tend à ramener la tête 106 vers le bobinage. La tête 106 constitue un marteau 114 destinée à percuter les doigts de contact 62.
Un tore de Rogowsky 120 entoure la plage de raccordement 66 et sert à la mesure du courant traversant le pôle 16. Comme le montre la figure 4, les tores 120 des trois pôles délivrent un signal à une unité de commande 121 comportant un premier module électronique de déclenchement 122 et un deuxième module électronique de déclenchement 124. Le premier module électronique 122 commande de manière très classique le relais électromécanique 34 pilotant le verrou d'ouverture 30. Le deuxième module électronique 124 pilote à la fois le relais électromécanique 34 et un module d'électronique de puissance 130 servant à l'alimentation dû propulseur à effet Thomson 100. Toutefois, la ligne 125 reliant le deuxième module électronique 124 au relais 34 est optionnelle, et peut le cas échéant être omise, d'où sa représentation en trait interrompus. Suivant une autre alternative représentée par la ligne en traits interrompus 126, le deuxième module électronique pilote le relais électromagnétique 34 en cas d'ouverture ultrarapide, à travers le module 122. Le deuxième module est apte à déterminer si le signal délivré par les tores 120 est caractéristique d'un défaut nécessitant une ouverture ultrarapide du disjoncteur. Les moyens pour prendre cette décision sont bien connus de l'homme du métier, et décrits par exemple dans le document DE 36 42 136 , ainsi que dans la demande de brevet français portant le numéro d'enregistrement 01 15 785.
Le module d'électronique de puissance est pourvu d'une batterie de condensateurs de puissance servant à emmagasiner l'énergie électrique nécessaire à l'activation du propulseur 100. Le module 130 est alimenté en puissance par une alimentation propre 134.
En présence d'un défaut électrique ne nécessitant pas une réponse très rapide et une limitation extrême du courant, le tore 120 délivre un signal tel que seul le premier module électronique 122 envoie un signal au relais électromécanique 34 qui déverrouille le verrou d'ouverture 30. Le ressort d'ouverture 36 entraîne alors le barreau de commutation 14 vers la position ouverte représentée sur la figure 2. Ce mouvement est transmis aux cages 58 des différents pôles 16 par les bielles 54. Les doigts de contact 62, sollicités par les ressorts de pression de contact 76, suivent le mouvement d'ouverture.
Toutefois, si le courant de défaut à été suffisant pour engendrer entre les contacts 68, 70 une force de répulsion électromagnétique dont le moment par rapport à l'axe 60 est supérieur à celui des ressorts de pression de contact 76, les doigts de contact 62 ont pivoté dans le sens des aiguilles d'une montre, provoquant un arc électrique dès la séparation des contacts 68, 70 et ainsi une limitation du courant, ceci avant même que le mécanisme 12 ait entraîné les cages 58 vers la position ouverte. Du fait de ce pivotement des doigts 62 avant la mise en mouvement de la cage 58, la lame ressort 86 rencontre le nez 88 de la cage et fait pivoter le verrou 80 par rapport aux doigts 62 de sorte que le verrou 80 vient s'interposer entre les doigts 62 et la butée 84. Si le courant diminue avant que le mécanisme n'ait entraîné la cage vers la position ouverte, les doigts 62 amorcent un mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre mais se retrouvent aussitôt bloqué dans la position représentée sur la figure 3, car le verrou 80 est venu au contact de la butée 84 et interdit la retombée des doigts de contact 62. Le verrou est désactivé par l'ouverture de l'appareil qui provoque le pivotement de la cage 58, de sorte que le nez 88 s'éloigne de la lame ressort 86. Suivant les versions, le retour dans la position escamotée du verrou 80 s'effectue par simple gravité ou bien à l'aide d'un ressort de torsion non représenté sur les figures, rappelant le verrou 80 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ainsi, pour des défauts lents ou de faible amplitude, le disjoncteur se comporte comme un disjoncteur limiteur conventionnel à accrochage.
Le comportement du disjoncteur en cas de défaut électrique rapide et de forte amplitude est de nature totalement différente. En effet, dans un pareil cas, le deuxième module électronique de déclenchement 124, dont le temps de réponse est beaucoup plus court que celui du premier module de déclenchement 122, prend la priorité. Il commande d'une part l'électronique de puissance 130 et d'autre part, de manière simultanée ou temporisée, suivant les besoins, le relais électromagnétique 34. L'électronique de puissance 130 libère alors instantanément dans le propulseur à effet Thomson 100 l'énergie électrique emmagasinée dans les condensateurs 132. En moins d'une milliseconde, le marteau 114 de la tête du propulseur percute les doigts de contact 62 et projète les doigts qui pivotent dans le sens des aiguilles d'une montre autour de l'axe 60, la cage 58 restant immobile. Comme décrit précédemment dans le cas de la répulsion électromagnétique, les doigts 62 viennent en butée contre la butée 78 de la cage alors que le verrou 80 pivote et se met en place. Lorsque les doigts commencent à redescendre, le verrou 80 vient les bloquer comme représenté sur la figure 3. Dès la séparation des contacts, un arc électrique s'étire entre les contacts. La forme de la cuivrerie formant le circuit électrique entre les plages de raccordement 66, 72 a sur l'arc un effet de boucle qui projète l'arc vers la chambre. L'arc commute sur le pare-étincelles 92 et sur la corne d'arc 94, ce qui facilite son entrée dans la chambre d'extinction 90 tout en ménageant les contacts 68, 70. En rencontrant les ailettes de refroidissement 96, l'arc se refroidit, de sorte que sa tension électrique augmente jusqu'à extinction. Le mécanisme 12, avec son propre temps de réponse, confirme l'ouverture en entraînant la cage 58 dans la position ouverte de la figure 2. Le déroulement de la séquence d'ouverture comporte les mêmes étapes que dans le cas d'une répulsion électrodynamique, mais son déroulement est beaucoup plus rapide. Il se passe en effet moins de trois millisecondes entre le zéro de courant et l'activation du propulseur à effet Thomson, de sorte que l'intensité du courant d'arc est très faible et que l'arc est facile à couper. Si l'on devait s'en remettre à l'effet de répulsion électromagnétique entre les contacts, il faudrait attendre que l'intensité du courant ait dépassé un seuil de limitation déjà élevé, et la séparation des contacts donnerait naissance à un arc très énergétique dès l'origine.
Naturellement, diverses modifications sont possibles.
Selon une variante du circuit de commande, représentée sur la figure 5, les tores de Rogowsky délivrent leur signal à une unité électronique de commande 121 qui comporte un module 152 de détection des défauts et de discrimination entre défauts nécessitant une activation de l'actionneur 100 et défaut ne nécessitant que l'ouverture du mécanisme. Suivant la décision prise, le module de détection 152 informe un module de commande 154 qui envoie au relais 34 et/ou au module d'électronique de puissance 130, les signaux de commande adéquats.
Le caractère multipolaire du disjoncteur présenté n'est pas limitatif et l'invention serait également applicable à des appareillages unipolaires.
Les ressorts de pression de contact peuvent être disposés entre les doigts de contact mobiles et un élément solidaire du boîtier, comme décrit par exemple dans le document US 4.841.266 . Il peut être également prévu de réaliser la fonction anti-retour de la cale à l'aide des ressorts de pression de contact formant un système bistable entre la cage et les doigts de contact, de la manière décrite par exemple dans le même document US 4.841.266 . Ainsi, lorsque les doigts de contact sont proches de la position de contact, les ressorts de rappel assurent la pression de contact alors que lorsque les doigts sont en position de séparation, les ressorts tendent à les y maintenir.
Les ressorts de pression de contact 76 peuvent être tarés de telle manière que les doigts de contacts 62 ne se soulèvent jamais par effet de répulsion électromagnétique, avant que l'un des dispositifs de déclenchement n'entraîne la séparation des contacts, par ouverture du mécanisme 12 ou par activation du propulseur 100. On obtient alors un appareil à tenue électrodynamique élevée, assurant une très forte limitation des courants extrêmement élevés par l'intermédiaire du propulseur 100.
Il peut être prévu deux butées latérales escamotables encadrant la cage si la largeur de la cage, dans une direction perpendiculaire au plan des figures, le rend nécessaire. D'autres formes de butées sont envisageables. La butée escamotable peut être fixée au fond du boîtier. Elle peut également s'interposer entre la cage et les doigts.
Si la place le permet, le propulseur a effet Thomson ou tout autre actionneur ultrarapide peut être disposé sur la cage de manière à faire pivoter les doigts.
Naturellement, la détection des défauts électriques ne se limite pas nécessairement à la détection des courts-circuits et des courants de surcharge. Le verrou d'ouverture peut également être piloté par des moyens de détection à manque de tension, qui agiront soit sur des relais électromécaniques distincts du relais 36, soit sur le relais 36 lui-même.
Le mécanisme décrit dans l'exemple de réalisation est un mécanisme du type permettant un cycle ouverture, fermeture, ouverture, avec un ressort d'ouverture et un ressort de fermeture distincts. Toutefois, l'invention est applicable à tout autre type de mécanisme conventionnel pour disjoncteur, dans lequel l'énergie nécessaire à l'ouverture est emmagasinée dans un ressort d'accumulation. Elle est notamment applicable au disjoncteur dont le mécanisme comporte un ressort unique assurant à la fois l'ouverture sur défaut et la fermeture de l'appareillage.

Claims

Appareillage électrique de coupure comportant
- un premier contact (70) lié à une première plage (72) de raccordement à un circuit électrique de puissance ;

- une cage (58) mobile entre une position fermée et une position ouverte;

- un deuxième contact (68) relié électriquement à une deuxième plage (66) de raccordement au circuit électrique de puissance, le deuxième contact (68) étant mobile par rapport à la cage (58) entre une position de contact et une position de séparation, le deuxième contact (68) étant en contact avec le premier contact (70) lorsque la cage (58) est en position fermée et le deuxième contact (70) en position de contact,

- un mécanisme (12) d'entraînement de l'appareillage, mobile entre une position de fermeture et une position d'ouverture, comportant :
- un ressort d'accumulation (36), chargé lorsque le mécanisme d'entraînement (12) est en position de fermeture et se déchargeant en amenant le mécanisme d'entraînement de la position de fermeture à la position d'ouverture ;

- un verrou d'ouverture (30), bloquant le mécanisme d'entraînement (12) en position d'ouverture;

- un relais électromécanique (34) de commande du verrou d'ouverture (30);

- une chaîne cinématique de transmission entre le ressort d'accumulation (36) et la cage (58) pour entraîner la cage (58) de la position fermée à la position ouverte lorsque le mécanisme d'entraînement (12) passe de la position de fermeture à la position d'ouverture;

caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- un actionneur électromécanique (100) comportant un équipage mobile entre une position de repos et une position active, et entraînant le deuxième contact (68) de la position de contact vers la position de séparation en passant de la position de repos à la position active, lorsque la cage (58) se trouve en position fermée ;

- un dispositif d'alimentation électrique (130) pour alimenter l'actionneur électromécanique (100) et délivrer l'énergie électrique nécessaire pour faire passer l'équipage mobile de la position de repos à la position active

- comporte des moyens de détection (152) de défauts électriques et de discrimination entre des défauts électriques nécessitant une ouverture rapide et des défauts électriques ne nécessitant pas une ouverture rapide ;

- des moyens de commande (154) pour commander à la fois le relais électromécanique (34) et le dispositif d'alimentation électrique (130) lorsque les moyens de détection et de discrimination (152) ont décidé que le défaut électrique nécessite une ouverture rapide et pour commander uniquement le relais électromécanique (34) lorsque les moyens de détection et de discrimination ont décidé que le défaut électrique ne nécessite pas une ouverture rapide.
Appareillage électrique de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un moyen de rétention (80) du deuxième contact (68) dans une position de rétention située entre la position de contact et la position de séparation, tant que la cage (58) est en position fermée.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ressort de pression de contact (76) rappelant le deuxième contact (68) vers la position de contact, lorsque le deuxième contact (68) est proche de la position de contact.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ressort de pression de contact (76) prend appui sur la cage mobile (58).
Appareillage électrique de coupure limiteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ressort de pression de contact (76) prend appui sur un support (10) de l'appareillage, le deuxième contact (68) étant lié à la cage (58) par une liaison cinématique.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme d'entraînement (12) comporte des moyens de fermeture pour amener le mécanisme d'entraînement (12) de la position d'ouverture à la position de fermeture, la chaîne cinématique de transmission entraînant la cage (58) de la position ouverte à la position fermée lorsque le mécanisme d'entraînement (12) passe de la position de d'ouverture à la position de fermeture.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de fermeture comportent un ressort de fermeture (48) qui se décharge pour amener le mécanisme de la position d'ouverture à la position de fermeture.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de rétention inclut un verrou anti-retour (80) mobile entre une position neutre et une position anti-retour et passant de la position neutre à la position anti-retour lorsque le deuxième contact (68) passe de la position de contact à la position de séparation, le verrou anti-retour (80) en position anti-retour verrouillant le deuxième contact (68) dans une position de blocage proche de la position de séparation tant que la cage (58) est en position fermée.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre
- une chambre de coupure (90) munie de moyens d'absorption (96) de l'énergie dégagée par un arc électrique tiré entre le premier contact (70) et le deuxième contact (68) lorsque le deuxième contact est séparé du premier contact,

- des moyens pour projeter par effet électromagnétique vers la chambre de coupure un arc électrique tiré entre le premier contact et le deuxième contact.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique comporte un moyen d'accumulation d'énergie électrique (132).
Appareillage électrique de coupure limiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation électrique est relié à une source électrique (134) indépendante du circuit électrique de puissance.
Appareillage électrique de coupure limiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur électromécanique (100) est constitué par un propulseur à effet Thomson.