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INTERRUPTEUR-DISJONCTEUR AUTOMATIQUE A MAXIMA D'INTENSITE
ET DE TENSION ET A MINIMA DE TENSION.
A - OBJET DE L'INVENTION .
LA PRESENTE INVENTION SE RAPPORTE AUX INTERRUPTEURS
ELECTRIQUES DONT LE FONCTIONNEMENT EST COMMANDE PAR
UN OU PLUSIEURS RELAIS DE PROTECTION.
1- Il existe actuellement plusieurs types de disjoncteurs automatiques, dont les caractéristiques diffèrent suivant l'usage auquel ils sont destinés, mais si, la question de l'interrupteur proprement dit étant mise à part, si l'on considère ces disjoncteurs du point de vue des relais qui provoquent le déclenchement de l'interrupteur, on peut y compter surtout trois grandes classes: a) - Relais à minuterie. b) -'Relais électromagnétiques. c) - Relais thermiques.
Les relais à minuterie sont employés dans les cas où une très grande précision est exigée. Ils ooûtent d'ailleurs fort cher et leur emploi est assez limité.
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Les relais électromagnétiques sont de loin les plus employés, toutefois ils ne conviennent parfaitement que pour cartains cas bien déterminés et, souvent, ils cèdent la place aux telals thermiques.
Les relais thermiques (dont le fonctionnement est basé sur la déformation d'un corps métallique ou bimétallique, par suite de l'échauffement dû au courant électrique) constituent le relais idéal pour la protection de tout appareil électrique qui s'échauffe pendant le fonctionnement (moteurs, transfor- mateurs, etc. ) et qui partant ne doit pas dépasser une car- taine température limite dite de sécurité. En effet le fonc- tionnement de ces relais dépend de l'échauffement dû au même courant qui traverse l'appareil protégé, par conséquent la courbe de fonctionnement du relais se développera suivant une parallèle à la courbe d'échauffement de l'appareil.
On reproche toutefois au relais thermique deux défauts: 1 - D'abord sa trop grande inertie. En effet, lorsque le corps thermique est parcouru par un courant électrique croissant graduellement, l'échauffement croit également suivant la même progression et le fonctionnement du relais a lieu normalement à la température limite. Mais s'il sur- vient une brusque surintensité, le corps thermique étant froid, celui-ci ne s'échauffe pas assez rapidement pour que le relais fonctionne instantanément ainsi que l'exigerait la sécurité. Même en cas de court-circuit franc le relais thermique ne donne pas l'instantanéité de fonctionnement voulue, (le retard bien entendu n'est que d'une fraction de seconde) .
2 - On reproche ensuite à ce relais son manque de sélectivité.
C'est clair; le fonctionnement du relais est régi par la température du eep corps thermique, mais non pas l'échauf- fement de celui-ci, or c'est l'échauffement et non la
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température qui est fonction du courant électrique. Par conséquentun relais étalonné à 0 C. ne sera plus exact à 25 0. Si, par exemple, à 10 C. de température ambiante, la température limite du corps thermique est de 150 C., cela signifie que l'intensité limite I a déterminé un éohauffement de 1500 - 10 = 140 C. Donc 1400 C. est l'échauffement correspondant à un courant d'intensité I.
Avec une température ambiante de 40 C. le résultat ne sera plus le même, car le relais fonctionnera toujours lorsque le corps thermique aura atteint 1500 0., mais l'échauffement ne sera plus dans ce cas que de 1500 - 40 = 110 C., température qui correspond à un courant d'intensité I' plus petite que I.
Donc le relais aura fonctionné trop tôt.
DANS LE DISJONCTEUR FAISANT L'OBJET DE LA PRESENTE
INVENTION ON SUPPRIME LES DEUX DEFAUTS CI-DESSUS EN COUPLANT
EN PARALLELE ENTRE EUX ET EN SERIE SUR LA LIGNE UN RELAIS
ELECTROMAGNETIQUE ET UN RELAIS THERMIQUE, SUIVANT LA DESCRIP-
TION QUI VA SUIVRE.
II- Pour protéger les appareils contre le défaut de tension,on use,placé dans le disjoncteur, d'un électro, dit bobine à minimum de tension et dont le rôle est de commander le déclenchement dès que la tension atteint une limite inférieure déterminée d'avance.
Cette bobine est toujours branchée entre deux phases ou entre phase et neutre, elle ne protège donc que bien imparfaitement un appareil triphasé. En effet, si elle est raccordée par exemple aux phases 1 et 2, la phase 3 peut parfaitement être interrompue sans que le relais à minimum de tension fonctionne ,
Ainsi si le disjoncteur commande un moteur triphasé, celui-ci, si la cas ci-dessus se,présentait, peut parfaitement continuer à fonctionner avec une phase interrompue, en monophasé, sur- t-etu tout s'il est peu chargé, mais à la moindre surcharge il décrochera.
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DANS LE DISJONCTEUR FAISANT L'OBJET DE LA PRESENTE INVENTION
ON SUPPRIME CET INCONVENIENT EN UTILISANT UN ENROULEMENT A
PRISE MEDIANE, DONT LES DEUX EXTREMITES ET LA PRISE SERONT
BRANCHEES RESPECTIVEMENT SUR LES PHASES 1, 2 ET 3.
Comme il sera exposé ultérieurement dans la description, ce système protège efficacement contre le manque de tension sur n'importe laquelle des trois phases. Dans les interrupteurs automatiques à minimum de tension on doit utiliser actuelle- ment, pour obtenir le même effet, un électro triphasé muni de trois enroulements distincts. On peut donc simplifier également ces appareils en utilisant l'enroulement à prise médiane.
III- Généralement on protège aussi soigneusement qu'on peut les appareils contre les surintensités, maie on néglige de les protéger aussi contre les surtensions, qui pourtant peuvent occasionner souvent des claquages ou d'autres détériorations.
Il suffira, pour être assuré d'une protection convenable, de prévoir une bobine vltmétrique à prise médiane, branchée sur les trois phases et calculée de façon qu'elle fonctionne au coéfficient de tension choisi.
LA PRESENTE INVENTION CONSISTE DONC EN UN DISJONCTEUR DE
COURANT ELECTRIQUE FONCTIONNANT AUTOMATIQUEMENT A MAXIMUM
D'INTENSITE AU MOYEN D'UN DISPOSITIF DE RELAIS COMME INDIQUE
CI-DESSUS; A MINIMUM ET A MAXIMUM DE TENSION AU MOYEN D'ENROU- LEMENTS SPECIAUX A PRISE MEDIANE PROTEGEANT LES TROIS PHASES.
B - FORME DE REALISATION .
I -DESCRIPTION. -
Le dessin joint à titre d'exemple représente schématiquement une forme de réalisation de l'invention.
Suivant la forme de réalisation représentée au dit dessin, le disjoncteur comporte:
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a)- un interrupteur triphasé à basse tension A branché sur une ligne triphasée I-II-III. b) - un système de commande électrique à distance, composé d'un électro d'enclenchement EE branché sur les phases III et II, avant l'interrupteur, et commandé par un contacteur à fermeture de cir- cuit BE sous le contrôle d'un contacteur de fin de course FC, ac- tionné par l'interrupteur. c)- un système de verrouillage V, relié par l'intermédiaire d'une biellette B au levier de déclenchement LD; celui-ci, sous la pression du ressort de torsion RT, pousse son bras 11 sur la biellette B pour permettre l'enclenchement, comme on verra ulté- rieurement au paragraphe II (Fonctionnement).
Naturellement le ressort dont il est question ici, ainsi que tous les autres ressorts, peuvent être remplacés par tout accumulateur d'énergie approprié, méoanique, electrique ou autre. d) - un système de protection contre le manque de tension, composé d'un électro M à enroulement voltmétrique, dont les extré- mités sont branchées directement sur les phases I et III, après l'interrupteur, et dont la prise médiane se raccorde à la phase II après l'interrupteur, à travers les contacts 15-16, 17-18, 23-24, et 25-26, qui sont tous des contacts à ouverture de circuit.
Dans l'électro M coulisse un noyau N qui, lorsque l'enroulement est hors tension, est poussé par le ressort de compression RC contre le bras 12 du levier de déclenchement LD. e)- Un système de protection contre les surtensions, composé d'un relais à ouverture 25-26, branché en série dans le circuit de l'électro à manque de tension M ; ce relais est muni d'un enrou- lement voltmétrique à prise médiane S; raccordé aux trois phases I, II et III, après l'interrupteur. f) - Un système de déclenchement à maximum d'intensité, composé de deux groupes identiques intercalés respectivement dans les phases 1 et III, après l'interrupteur.
Ohaque groupe comprend:
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1) Un relais thermique RT branché en série dans la phase et commandant par des contacts à ouverture le circuit d'un enrou- lement de réaction EX;
2) Un enroulement ampèremétrique EM monté en parallèle avec le relais thermique et actionnant des contacts à ouverture, placée en série dans le circuit de l'électro à manque de ten- sion M. Les deux enroulements EM et EX sont montés sur le même noyau.
Ce système de relais à maximum thermique-électromagnétique montés en parallèle entre eux, permet entre autre, en étalon- nant convenablement le relais ampèremétrique EM, d'établir une limite inférieure d'intensité en dessous de laquelle le dé- clenchement ne peut avoir lieu, mêpme si,'par suite d'une sur- intensité ou de toute autre cause, le relais thermique venait à fonctionner. Par conséquent celui-ci peut être réglé pour une gamme d'intensités inférieure à celle du relais électro- magnétique sans risque d'avoir des déclenchements intempestifs. g) - Un contacteur à ouverture BD, branché en série dans le circuit de l'électro à manque de tension M et permettant de déclencher à la main le disjoncteur.
II- FONCTIONNEMENT.
Position 1 - Interrupteur ouvert.
Ainsi qu'on peut le voir sur le dessin annexé, lorsque le disjoncteur est déclenché normalement, les différente organes se presentent comme voici : - Dans l'interrupteur A, les contacts principaux 1-2, 3-4,5-6 sont ouverts.
- Dans le circuit de l'électro d'enclenchement EE, les con- tacts 7-8 du contacteur d'enclenchement sont ouverts, tandis que les contacts 9-10 du contacteur de fin de course sont fermés ; il suffira donc de fermer le contacteur BE pour enclencher l'appareil.
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- Dans le circuit de l'électro de déclenchement à. manque de tension , les contacts 15-16 du contacteur de déclenchement BD sont fermés, ainsi que les contacts 17-18 et 23-24 des relais à maximum EM, et lescontaots 25-26 du relais de sur- tension S. Donc tout le circuit de l'électro M est fermé et dès que la tension sera appliquée il fonctionnera.
- Dans le système de verrouillage et de déclenchement: l'électro
M est hors tension, par conséquent le ressort de compression
RO pousse le noyau N'contre le bras 12 du levier LD et, ainsi, annule lffet de torsion du ressort RT; le levier LD, pivotant sur l'axe P, soulève, par son extrémité 11, la biellette de verrouillage B: le verrou V est libre et l'interrupteur ne peut pas rester enclenché.
Position 1 2 - Enclenchement.
Pour enclencher on ferme le contacteur d'enclenchement BE; le @ oontaoteur de fin de course FC étant fermé, l'électro d'enclenchement EE recevra la tension et fonctionnera fermant l'interrupteur A. Dès que les plots 1-2, 3-4 et 5-6 seront entrés respectivement en contacte, l'électro M sera à son tour sous tension à travers les 4 contacts 15-16, 17-18, 23-24 et 25-26, qui, comme vous avons vu, sont fermés; par conséquent il fonctionnera attirant le noyau N qui comprimera ainsi le ressort de compression RO. Le bras 12 du levter LD sera donc libre et, sous l'effet du ressort de torsion RT, le bras 11 poussera la biellette B dans le verrou V. Le disjoncteur restera ainsi en- clenché.
Position 3 - Déclenchement à la main.
Pour provoquer l'ouverture de l'interrupteur il suffira d'ac- tionner le contacteur à ouverture BD, qui coupera le circuit de l'électro M. Le noyau N sera alors poussé par le ressort de compression RO contre le bras 12 du levier LD, qui pivotera sur son axe P, soulevant la biellette B qui verrouillait l'interrup-
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teur. Celui-ci déclenchera donc immédiatement.
Position 4 - Déclenchement par minimum de tension.
Lorsque la tension appliquée, à l'électro M devient insuffi- sante, le noyau N cède sous la poussée du ressort de comprese sion RC et, en faisant pivoter le levier LD, provoque le déclenchement immédiat de l'appareil par le même^processus @ que ci-dessus. L'interrupteur ne pourra être réenclenché tant que la tension n'aura atteint une valeur suffisante, non seulement dans deux phases mais pour les trois phases réunies.
En effet, si une phase quelconque est interrompue ou est mise accidentellement à la terre, l'enroulement perd immédiatement une grande partie de sa puissance attractive, même si les autres phases sont normales.
Position 5 - Déclenchement par surtension.
Si la tension de la ligne dépasse une certaine valeur-limite déterminée d'avance, le relais voltmétrique S fonctionne en ouvrant les contacts 25-26 branchés en série dans le circuit de l'électro M. Celui-ci provoquera ainsi le déclenchement de l'interrupteur, comme vous avons vu dans la position 3. Tant que la surtension persiste, les contacts 25-36 restent.ou- verts et il sera impossible de garder l'interrupteur fermé.
Position 6 - Déclenchement par surintensité.
Nous avons vu que le relais thermique RT est branché dans la phase en parallèle avec l'électro EM, le courant princi- pal sera donc partagé entre les deux relais.
Tant que l'intensité ne dépasse pas la valeur normale, le relais RT ferme, par les contacts 19-20 (ou 21-22), le cir- cuit de l'enroulement de réaction EX. Cet enroulement étant ainsi en cpurt-circuit développera un flux antagoniste et diminuera en dernière analyse la puissance attractive de l'enroulement EM.
Si l'intensité dans la phase augmente, jusqu'à atteindre la
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La valeur de fonctionnement du relais thermique RT, celui-ci au bout d'un certain temps fonctionnera en ouvrant les contacts le-20 (ou 21-22), le circuit de l'enroulement EX sera ainsi ooupé et l'électro EM pourra exercer son plein effet en faisant fonctionner le relais et en ouvrant ainsi les contacts 17-18 (ou 23-24) . Etant donné que ces contacts sont en série dans le cir- cuit de l'électro M l'interrupteur déclenchera pour les mêmes raisons que nous avons vu dans la position 3.
Il ne sera pas possible d'autre part de réenclencher l'interrup- teur tant que la cause qui a occasionné la surintensité n'aura pas disparu, car, dès que le courant traverse les relais, ceux-ci fonctionnent de nouveau.
Si la surintensité qui traverse la phase est très importante, par exemple de l'ordre de 4 à 6 fois le courant normal, l'induction développée dans l'électro EM sera suffisante, malgré la réaction de l'enroulement antagoniste EX, pour faire fonctionner le-relais.
Donc, pour les surintensités à partir de 4 à 6 fois le courant normal, le relais thermique n'a pas le temps de fonctionner, il est devancé par le relais électromagnétique et la rupture est pratiquement instantanée.
Si d'autre part le corps thermique du relais RT devait subir, en dehors de l'effet dû au passage du courant, une élévation de température anormale (contacts principaux qui chauffent, coffret placé dans une température ambiante très élevée, etc), de toute évidence le relais thermique fonctionnerait trop tôt, c'est à dire pour une intensité moindre que celle notée à l'étalonnage.
Lorsque le déclenchement a lieu pour des surintensités de quel- que importance (au delà par exemple de + 100 % de surcharge), ce fait ne présente aucun inconvénient, au contraire, les déclen- ohements étant avancés ce serait plutôt un avantage. Mais il n'en est plus de même pour des petites surcharges: si par exemple un relais thermique doit déclencher normalement au bout de 30
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secondes pour une surcharge de + 20 %, sous l'effet d'un échauffement anormal il fonctionnera plus rapidement et sous une surcharge de moindre importance; ainsi une machine- outil contrôlée par un tel appareil ne pourrait se permettre des pointes de travail sans risquer de déclencher le disjonc- teur. OR, LE RELAIS ELECTROMAGNETIQUE, PLACE EN PARALLELE AVEC LE RELAIS THERMIQUE, SUPPRIME CE GRAVE INCONVENIENT.
En effet, l'électro EM est étalonné pour déclencher sous une surcharge minimum dite de sécurité, par exemple + 25%. Si le relais ther- mique RT, pour une des causes que nous venons de voir, devait fonctionner par exemple à + 15 % de surcharge, cela n'entraîne- rait aucunement le fonctionnement du relais électromagnétique EM, car la surintensité serait insuffisante pour provoquer le déclenchement.
C - GENERALISATION .
Nous avons décrit ci-dessus une forme de réalisation de l'inven- tion. Il va de soi que celle-ci est applicable à tout autre type d'interrupteur-disjoncteur, quel que soit le système de fonctionnement ou de commande. L'appareil pourra également être muni de tout autre accessoire complémentaire. Le système de verrouillage pourra être de n'importe quel type connu ainsi que la transmission du mouvement du noyau N au verrou V (mécanique, électrique, magnétique, etc.). L'action du relais thermique pourra en outre se manifester par tout moyen approprié. L'enrou- lement spécial à prise médiane pourra de toute évidence être remplacé par deux enroulements connectés en série et dont l'ex- trémité commune ferait office de prise médiane.
A noter que la forme de réalisation décrite ci-dessus présente l'avantage d'une consommation très faible(en effet les relais sont shuntés et les enroulements voltmétriques sont parcourus par un courant très faible, l'électro d'enclenchement n'a d'autre part qu'un fonc- tionnement instantané) et d'un prix de revient fort réduit, étant donné que les relais n'xigent qu'une puissance minime.