EP0018553A1

EP0018553A1 - Disjoncteur modulaire

Info

Publication number: EP0018553A1
Application number: EP80102075A
Authority: EP
Inventors: Paul Canonne; Jean-Pierre Hattet
Original assignee: Societe dAppareillage Electrique SAPAREL SA
Current assignee: Societe dAppareillage Electrique SAPAREL SA
Priority date: 1979-04-25
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1980-11-12
Also published as: ATE4356T1; ES490857A0; TR20460A; FR2455355A1; DE3064370D1; ES8101321A1; BR8002527A; ZA802486B; FR2455355B1; AR222222A1; MA18810A1; PT71150A; EP0018553B1

Abstract

Disjoncteur permettant d'améliorer les performances techniques à des coûts de production moindres.

Le bilame (8), les plaques de désionisation (17, 21) et le porte-contact (37) supportant le contact mobile (6) sont dispo-. sés selon la diagonale du coffret afin de pouvoir augmenter le volume de ces composants.

Application - Disjoncteurs basse tension.

Description

La présente invention concerne un disjoncteur modulaire notamment un disjoncteur basse tension dont les caractéristiques d'empattement sont normalisées afin de les loger dans des armoires adéquates disposées dans les parois des habitations.
Certains disjoncteurs modulaires réalisés jusqu'à présent comportaient des moyens de disjonction manuels par une manette et des moyens de disjonction automatiques par un bilame aux intensités dépassant de peu les intensités nominales et par un dispositif électromagnétique associé à des plaques de désionisation aux fortes intensités de court-circuit. Les disjoncteurs antérieurs étaient coûteux, comportaient un grand nombre de pièces et du fait de leur disposition il n'était pas possible de maintenir dans un volume normalisé un bilame de la plus grande longueur possible, une chambre de coupure et un dispositif électromagnétique des plus volumineux afin de les rendre performants.
Le disjoncteur selon l'invention remédie à ces inconvénients. Dans celui-ci en effet le nombre de pièces est réduit de même que le prix de revient pour des caractéristiques techniques améliorées.
La présente invention a pour objet un disjoncteur modulaire comportant dans un coffret sensiblement rectangulaire des moyens de déclenchement manuel et automatique, les moyens de déclenchement automatique étant commandés aux faibles intensités de surcharge par la déflexion d'un bilame et aux intensités plus fortes par un dispositif électromagnétique disposé en série avec des plaques de désionisation, les moyens de déclenchement manuel étant commandés par une manette déplaçant un contact mobile servant à la disjonction et supporté par un porte-contact, les moyens de déclenchement automatiques comportant en outre un cylindre d'accrochage tournant sous l'action dudit bilame ou dudit dispositif électromagnétique et libérant ainsi ledit porte-contact afin de déplacer ledit contact mobile, lesdites plaques de désionisation et ledit porte-contact étant disposés sensiblement suivant la direction de la diagonale dudit coffret, caractérisé en ce que ledit bilame est disposé en outre suivant ladite direction.
En se référant aux figures schématiques 1 à 7 ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif.
Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références.

La figure 1 représente une vue de côté du disjoncteur selon l'invention, couvercle enlevé, avec des parties partiellement coupées, le disjoncteur étant dans la position enclenché.
La figure 2 représente la même vue dans la même position que celle de la figure 1 avec une représentation des forces mécaniques agissant sur les organes de la manette.
La figure 3 représente la même vue que celle de la figure 1 dans la position ouvert prêt à être réarmé.
La figure 4 représente la même vue que celle de la figure 1 dans la position en cours de déclenchement du basculeur de la commande multipolaire.
La figure 5 représente la même vue que celle de la figure 1 dans la position enclenché.
La figure 6 représente une vue de dessus d'une plaque de désionisation utilisée dans le dispositif selon les figures précédentes.
La figure 7 représente une vue de côté partielle du disjoncteur selon les figures précédentes avec le dispositif électromagnétique.
La figure 8 représente un schéma de principe de l'interaction entre le dispositif électromagnétique selon la figure 7 et un cylindre d'accrochage.

En se reportant à la figure 1 on peut voir le cheminement du courant électrique traversant le disjoncteur.
Le câble ou la barrette d'arrivée de courant non représenté est serré par une vis 1 et une plaquette serre-câble 2 sur une borne d'entrée 3 dont la partie recourbée 4 formant la plaque au potentiel supérieur comporte une pastille de contacts 5.
Un contact mobile 6 conduit le courant par l'intermédiaire d'une tresse 7 jusqu'à l'extrémité d'un bilame 8 dont l'autre extrémité 9 est fixée sur un support bilame 10 lui-même fixé sur une plaque au potentiel inférieur 11.
Une extrémité 81 du support bilame est raccordée à l'entrée d'une bobine magnétique 13 dont la sortie est raccordée à une borne de sortie 14, comportant également une plaquette serre-câble 15 et une vis de serrage 16 permettant le raccordement au câble ou à la barrette de sortie de courant.
Des plaques 17, 18, 19, 20 et 21 sont des plaques dites de désionisation destinées à morceler l'arc au moment de la coupure.
Le schéma de cheminement électrique est modifié au moment de l'ouverture sur court-circuit.
A l'ouverture sous l'effet d'un fort courant lors d'un déclenchement sur court-circuit, le contact 6 s'éloignant suffisamment de la pastille 5 l'arc s'étire entre le contact et la pastille et il est chassé dans la chambre de désionisation par le champ engendré par le passage du courant dans la partie recourbée 4 de la borne d'entrée et le contact mobile 6.
A ce moment, l'arc quitte le contact mobile et jaillit entre la partie 4 formant plaque au potentiel supérieur et la plaque au potentiel inférieur 11. Le flux électronique ne traverse plus alors le bilame 8_"; le courant passe directement de la plaque 4 à la plaque 11 raccordée à la bobine magnétique 13 et à la borne de sortie 14 et ce, jusqu'à extinction de l'arc.
Cette disposition a été adoptée pour protéger le bilame. Elle limite notamment la contrainte thermique supportée par ce dernier lors de coupures sous forte charge. Cette disposition accroît notablement le pouvoir de coupure du disjoncteur. Bien entendu lors de l'ouverture manuelle, cette disposition est pratiquement sans effet.
Le fonctionnement mécanique est le suivant :
En se reportant à la figure 2 représentant le disjoncteur à l'état enclenché avec le couvercle enlevé on voit une manette 31 du disjoncteur en position enclenchée entraînant un axe 32 dont les ceux extrémités sont guidées dans une lumière en forme de rampe 33 pratiquée dans deux demi-coquilles isolantes formant le boîtier et le couvercle renfermant et positionnant l'ensemble des organes.
Cet axe 32 entraîne une bielle 34 qui tire sur un axe 35 se déplaçant également dans une lumière 36 pratiquée dans chacune des coquilles.
Sur l'axe 35 est articulé un porte-contact 37 dont l'extrémité 38 est en appui sur le cylindre d'accrochage 40. L'autre extrémité du porte-contact 37 supporte le contact mobile 6 dont la queue 42 reçoit la poussée du ressort 43.
Le ressort 43 assure un triple rôle. il permet à la fois d'assurer la pression contact, de repousser l'ensemble porte-contact 37/contact 6 à l'ouverture, et enfin son effort provoque le blocage de la manette 31 en position enclenchée.
La résultante de la force du ressort 43 engendre un vecteur F1 formant un angle A avec l'axe de rotation de la manette 31, ce qui provoque l'apparition d'un couple F2 plus grand que l'effort du ressort de rappel 44 de la manette 31.
le fonctionnement du disjoncteur en déclenchement manuel est le suivant :
En manoeuvrant la manette 31 en sens inverse de la représentation (figure 2) suivant la flèche 0, l'ensemble contact 6/porte-contact 37 descend (voir figure 3) jusqu'à ce que la partie bombée 51 du porte-contact 37 touche une butée fixe 52 du boîtier. La longueur de la bielle 34 est telle que la manette 31 étant en butée sur la partie 55 du boîtier et maintenue en cette position par un ressort de torsion (44) ayant pour mission le rappel de la manette 31 dans le sens de la flèche F, un jour j apparaît entre l'extrémité 38 du porte-contact 37 et l'échappement à cylindre 40. Ce jour est nécessaire pour libérer le cylindre 40 après un déclenchement automatique par rotation de ce dernier dans le but de permettre un réarmement ultérieur.
Le fonctionnement du disjoncteur en déclenchement automatique est le suivant :
En se reportant à la figure 4, le cylindre d'accrochage ayant, sous l'effet d'une impulsion du noyau mobile 100 du dispositif électromagnétique ou une poussée du bilame 8, tourné dans le sens de la flèche C, l'extrémité 38 du porte-contact,37 est libérée et sous la poussée du ressort 43 l'ensemble porte-contact 37/contact 6 pivote autour de l'axe 35 jusqu'à ce que la partie bombée 51 du porte-contact 37 vienne en appui sur la butée fixe 52. A ce moment, la traction sur la bielle 34 ayant cessé, la manette 31 est entraînée dans le sens de la flèche F par le ressort de rappel 44 dont on aperçoit la queue sur la vue (ressort de torsion). La manette revenant complètement en arrière l'extrémité 38 du porte-contact revient se loger sous le cylindre d'accrochage 40 et l'appareil est prêt à nouveau à être enclenché (identique à figure 3).
Le fonctionnement du disjoncteur en multipolaire est le suivant :
Les descriptions de fonctionnement ont été faites pour un seul ensemble enfermé dans un boîtier et un couvercle.
Il est possible de construire des multipolaires en associant plusieurs unipolaires et en synchronisant les échappements.
Toujours en se reportant à la figure 4, au moment de son pivotement autour de l'axe 35, l'extrémité 38 du porte-contact 37 vient heurter l'extrémité 61 d'un basculeur 62 qui est une pièce facultative que lion met en place quand on veut réaliser des multipolaires.
Ce basculeur 62 comporte un embrèvement carré 63 qui permet de synchroniser les basculeurs des pôles voisins en introduisant entre deux pôles une petite tige carrée dont chaque extrémité vient se loger dans les basculeurs des pôles accolés, les rendant ainsi solidaires en rotation. Sous l'effet du choc engendré par le porte-contact 37 et de l'effort exercé par le ressort 43, le basculeu-r du pôle venant d'ouvrir pivote, entraînant ainsi le basculeur du pôle voisin. L'excroissance 64 du basculeur 62 du pôle voisin heurte une dent 65 du cylindre d'accrochage 40 du pôle voisin ce qui entraine sa rotation et par là-même l'ouverture du pôle.
Par cette disposition, nous obtenons un fonctionnement en multipolaire sans pour autant qu'il soit nécessaire d'augmenter l'effort engendré par les détecteurs qui restent identiques. L'ouverture des pôles est effectuée avec de l'énergie récupérée.
Si, au contraire par exemple, sa synchronisation était effectuée au niveau des échappements, il faudrait que le bilame 8 et le noyau . 100 du dispositif électromagnétique engendrent un effort quatre fois plus grand en tétrapolaire que en unipolaire pour pouvoir vaincre les efforts nécessaires au quatre échappements.
La réduction des dimensions va en général à l'encontre de la diminution du prix.
Par exemple, au niveau du mécanisme, si l'on n'est pas limité par la place, on peut obtenir une démultiplication recherchée par un seul levier. Dans le cas où la place est limitée, il faudra faire appel à un démultiplicateur à plusieurs étages moins encombrant mais plus coûteux.
Pour le fonctionnement du dispositif thermique, il en est de même. Si l'on examine la formule de la déflexion d'une lame bimétallique encastrée à une extrémité, nous avons :
ou D : la déflexion en mm. L = longueur en mm

F = la déflexion spécifique (₁₀ ^-6/C°)
T = écart de température t - to
e = épaisseur en mm

En se reportant aux figures 5 et 6, l'ensemble contact 6, le porte contact 37, les plaques de désionisation 17 à 21, le bilame 8 et son support 10 sont inclinés ce qui permet ainsi de bénéficier d'un maximum de longueur pour le format imparti. Les plaques de désionisation 17 à 21 toutes identiques, sont logées sous la borne entrée 3. Elles comportent chacune une échancrure en forme de V telle que 170. Une électrode 110 venant du milieu de la plaque au potentiel-inférieur 11 pénètre dans l'échancrure en V de la plaque 21. L'électrode 110 a pour but de favoriser le passage de l'arc venant de la plaque de potentiel supérieur 4 et transitant par le contact mobile 6 lorsque celui-ci est ouvert, pour aboutir à la plaque de potentiel inférieur 11. ' Les gaz générés lors d'une coupure s'échappent dans une chambre de détente 71 où ils doivent contourner ou passer sous un déflecteur 72 pour finalement s'échapper par un évent 73.
Le bilame 8 fixé en 74 sur le support bilame 10 lui-même fixé sous les plaques de désionisation 17 à 21 a une longueur de 40 à 50% supérieur aux modèles actuellement connus pour le format considéré.
La déflexion de la lame bimétallique s'effectue dans le sens de la flèche D. Son extrémité arrondie 75 vient pousser sur la partie 76 du cylindre d'accrochage 40, provoque sa rotation et l'ouverture du disjoncteur.
Lors d'une ouverture sur court-circuit malgré le shuntage du bilame 8 par les plaques de désionisation 17 à 21 comme nous l'avons décrit, le bilame supporte une contrainte thermique importante engendrant son déplacement brutal. Si le bilame rencontre au cours de son déplacement un obstacle, il s'ensuit une déformation irréversible dudit bilame.
Pour remédier à cet inconvénient, l'extrémité arrondie 75 du bilame 8 ayant poussé la partie 76 du cylindre, la partie 75 continue son déplacement sur la partie 78 du cylindre formant ainsi une sorte de débrayage. Le bilame 8 continue sa course sans charge.
Le cylindre d'accrochage 40 est réalisé en un matériau qui favorise le fonctionnement.
Lors des essais normalisés qui simulent un fonctionnement réel, les appareils ne doivent pas déclencher pour un passage de courant d'environ 10% supérieur à leur calibre nominal puis après une heure on augmente le courant jusqu'à 1,4 ou 1,5 fois le courant nominal ce qui doit engendrer le déclenchement.
Lors du fonctionnement, le bilame 8 doit vaincre les efforts essentiellement dus aux frottements entre la partie 38 du porte-contact 37 et le cylindre d'accrochage 40 et également entre l'extrémité 75 du bilame et la partie 76 du cylindre.
Lors de l'essai à 10% on a intérêt à ce que le frottement soit grand pour éviter le déclenchement et au contraire faible pour l'essai à 1,4 ou 1,5 fois le courant nominal qui doit engendrer le déclenchement.
La condition est réalisée si on utilise pour la réalisation du cylindre d'accrochage, un matériau dont le coefficient de frottement est variable en fonction de la température.
La température du bilame s'élève en fonction du courant traversant et de ce fait à 1,1 du courant nominal la température est plus basse que à 1,4 ou 1,5 fois le courant nominal. Si l'on utilise à titre d'exemple non limitatif un polyester thermoplastique partiellement cristallin à base de POLYBUTYLENETEREPHTALATE (P.B.T) désigné aussi par polytétraméthylène téréphtalate (P.T.M.T.) de formule C₆H₄ [C 0 0 (CH ) ; on obtient l'effet recherché. Les chiffres ci-dessous indiquent les coefficients de frottement sur une plaque d'acier du matériau ci- dessus indiqué en fonction des différentes température t.
On constate que les coefficients statiques et dynamiques diminuent pratiquement de moitié entre 23° et 120°C.
Le réglage de distance entre l'extrémité 75 et la partie 76 se fait en agissant sur une vis 79 dont la tête est prisonnière et qui provoque la montée ou la descente du support 10. Ledit support comporte une faiblesse en 80 pour favoriser le déplacement de l'ensemble.
Il est à noter que l'extrémité 81 du support 10 est reliée à du fil rigide formant la bobine 13. C'est la bobine qui permet sans inconvénient le déplacement du support 10, l'enroulement se comportant comme un ressort, il permet le faible déplacement nécessaire au réglage.
Cette disposition est très avantageuse en conjugaison avec l'organisation intérieure. Elle permet de réduire à une seule tresse souple et aux soudures correspondantes les besoins pour la fabrication du disjoncteur.
En effet dans un disjoncteur, il y a pour un pôle trois points qui bougent au minimum

a/ le contact mobile 6
b/ 1 extrémité 75 du bilame 8
c/ le réglage du pied du bilame 8

Dans le disjoncteur objet de l'invention, le contact 6 est relié par une seule tresse 7 à l'extrémité 75 du bilame 8 et le déplacement du support bilame 10 est encaissé par les spires de la bobine magnétique 13.
Sur le plan mécanique, il ressort de l'inclinaison les avantages suivants :

le porte-contact 37 permet à lui seul par sa relative grande longueur d'effectuer la démultiplication nécessaire. Son extrémité 38 horizontale délimite un plan aligné suivant la ligne 86. Cette ligne passe largement au-dessus des ailes 87 du support de contact 37 ; ce qui permet la rectification et le polissage sans problème. Pour faciliter la compréhension la ligne en arc de cercle 88 figure une portion de meule ou de tampon à polir.

Une disposition avantageuse a été mise en oeuvre pour obtenir sans réglage les dispositions suivantes :

a/ embectage constant entre le porte-contact 37 et le cylindre 40
b/ rattrapage automatique des jeux du dispositif électromagnétique.

En se reportant aux figures 7 et 8, la vue de la figure 7 représente la forme réelle des éléments du dispositif électromagnétique.
La vue de la figure 8 est une représentation schématique destinée à faire comprendre le fonctionnement.
Le cylindre d'accrochage 40 comporte sous une dent 92 une butée non visible qui vient prendre appui vers le bas dans une excavation pratiquée dans le boîtier. Cette butée a été figurée sur la figure 7 par la pointe 93 et le triangle de portée 94. Sous l'effet de la poussée du ressort 95 la tige de commande 96 appuie sur le cylindre d'accrochage 40 par l'intermédiaire d'un doigt 97.
Par cette disposition, l'inclinaison 98 du pan coupé du cylindre 40 est très reproductible ce qui engendre une grandeur 99 d'embectage constante.
Le noyau magnétique 100 est constamment maintenu en appui contre la tige de commanàe 96 par un petit fil d'acier 101 armé sur deux portées. L'effort du fil est juste suffisant pour être sensiblement égal au poids du noyau.
Par cette disposition, le seul jeu parasite f entraînant un retard à la commande par le noyau magnétique est le jeu entre la différence du diamètre du coigt 97 et la largeur de l'encoche E.
Ce jea peut être minimisé au strict nécessaire par construction.
Il ressort un grand avantage de ces dispositions. L'embectage et les eux n'étant plus dépendant d'un tour de main, la reproauetibilité recherchée en fabrication de série est fortement augmentée et le temps d'exécution réduit.
Il est à noter l'évidente économie de moyens et notamment le fait que le noyau magnétique est un cylindre simplement tronçonné sans autre usinage.
Le réglage du dispositif électromagnétique est le suivant :
Suivant les normes, le dispositif électromagnétique doit provoquer- le déclenchement du disjoncteur pour des courants pouvant varier entre 2,5 et 10 fois l'intensité nominale du disjoncteur.
Il y a grand intérêt à ce qu'un disjoncteur puisse s'adapter à des réglages différents pour pouvoir répondre aux marchés demandeurs.
En se reportant à la figure 6, le seuil de fonctionnement du dispositif magnétique est conditionné par la disposition relative des pièces.
, Soit L la longueur de la bobine magnétique, L2 le milieu de L et SG le centre de gravité du noyau mobile magnétique. Le fonctionnement varie en fonction des distances d1, d2, d3 qui sont respectivement la distance entre L2 et l'extrémité supérieure du noyau, la distance d'entrefer, la distance entre L2 et SG. Le fonctionnement a d es seuils différents peut être obtenu simplement par variation de longueur du noyau magnétique 100 éventuellement en combinaison avec la longueur de la collerette 102 qui forme le noyau magnétique fixe.
Ces deux pièces étant simplement décolletées, il en résulte ne grande facilité d'ajustement sans outillage coûteux ; l'opération la plus coûteuse étant la mise à longueur convenable de la tige 96.
Il est bien entendu que, en complément à ces mesures, le nombre de spires de la bobine peut être modifié.

Claims

1/ Disjoncteur modulaire comportant dans un coffret sensiblement rectangulaire des moyens de déclenchement manuel et automatique, les moyens de déclenchement automatique étant commandés aux faibles intensités de surcharge par la déflexion d'un bilame (8) et aux intensités plus fortes par un dispositif électromagnétique (13) disposé en série avec des plaques de désionisation (17 - 21), les moyens de déclenchement manuel étant commandés par une manette déplaçant un contact mobile (6) servant à la disjonction et supporté par un porte-contact (37), les moyens de déclenchement automatique comportant en outre un cylindre d'accrochage (40) tournant sous l'action dudit bilame (8) ou dudit dispositif électromagnétique (13) et libérant ainsi ledit porte-contact (37) afin de déplacer ledit contact mobile (6), lesdites plaques de désionisation (17 - 21) et ledit porte-contact (37) étant disposés sensiblement suivant la direction de la diagonale dudit coffret, caractérisé en ce que ledit bilame 8 est disposé en outre suivant ladite direction.

2/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cylindre d'accrochage (40) comporte une came (76) de forme telle qu'elle permet le débrayage de l'extrémité (75) dudit bilame (8) lors du fonctionnement auxdites fortes intensités.

3/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit cylindre d'accrochage (40) est réalisé en un matériau dont le coefficient de frottement varie en fonction inverse de la température.

4/ Disjoncteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit matériau est du polybutylènetéréphtalate.

5/ Disjoncteur selon la revendication 1, ledit bilame (8) comportant à une extrémité, une tresse (7) de connexion avec ledit contact mobile (6), caractérisé par le fait qu'un support (10) dudit bilame (8) disposé à l'autre extrémité est apte à se déplacer en fonction de l'élasticité mécanique des spires dudit dispositif électromagnétique (13).

6/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit porte-contact (37) comporte une extrémité (38) horizontale en appui sur ledit cylindre d'accrochage_.(40).

7/ Disjoncteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réglage dudic dispositif électromagnétique (13) est réalisé par l'équilibre d'un ressort (95) et d'un fil (101) qui supportent le noyau (100) et la tige de commande (96) dudit dispositif électromagnétique (13), ladite tige de commande (96) appuyant par l'intermédiaire d'un doigt (97) sur ledit cylindre d'accrochage (40) dont une pointe (93) appuie sur une portée fixe (94).

8/ Disjoncteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit noyau magnétique (100) est un cylindre en acier doux tronçonné à ses deux extrémités.

9/ Disjoncteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le seuil de fonctionnement de la disjonction aux fortes intensités est variable et peut être réglé selon la longueur dudit noyau magnétique (100).