EP0073742A1 - Release mechanism for a circuit breaker - Google Patents
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- EP0073742A1 EP0073742A1 EP82810358A EP82810358A EP0073742A1 EP 0073742 A1 EP0073742 A1 EP 0073742A1 EP 82810358 A EP82810358 A EP 82810358A EP 82810358 A EP82810358 A EP 82810358A EP 0073742 A1 EP0073742 A1 EP 0073742A1
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- bistable
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H71/10—Operating or release mechanisms
- H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
- H01H71/14—Electrothermal mechanisms
- H01H71/16—Electrothermal mechanisms with bimetal element
Definitions
- the present invention relates to a tripping mechanism of a circuit breaker capable of ensuring tripping as a function of the permissible overheating of the installation to be protected as well as in the event of a short circuit.
- circuit breakers of this type have two separate devices, one with a bimetallic strip for tripping as a function of the permissible heating of the installation, the other electromagnetic for actuating an exhaust mechanism in the event of a short circuit.
- This double tripping command makes it possible to satisfy the requirements for slow and rapid tripping which make it possible to protect the installation controlled by the circuit breaker both from excessive heating and in the presence of very high currents resulting from a short circuit.
- the number of parts making up such a circuit breaker is high, which results in relatively complex assembly operations, in addition to the cost of manufacturing each part.
- Circuit breakers with double tripping mechanism use a type of trigger formed by a friction escapement mechanism taken from clockwork mechanisms, in which the trigger pawl is held against a lug locking an exhaust lever with a force greater than the contact pressure force. If we wanted to use only the bimetal thermal release to release the exhaust lever, while retaining a sufficient safety margin against an accidental release caused by parasitic vibrations external to the circuit breaker, it would be impossible to obtain a rapid tripping in the event of a short circuit, since the opening of the contact is preceded by an escape period involving a displacement of the end of the bimetal with departure at zero speed followed by a ratchet displacement / exhaust lever also with zero speed departure.
- Triggers with bistable spherical bimetallic discs are known, the peripheral edge of which is clamped inside an elastic side wall of a bowl.
- this device the design of which is suitable for low displacements and high forces, does not have very precise and reproducible performances due to the buckling phenomena which occur during the transition between the two stable states.
- the object of the present invention is to remedy at least in part the drawbacks of the abovementioned solutions, by proposing a triggering mechanism, capable on its own, of operating according to the rapid triggering mode consecutive to a sudden increase in current and according to the mode of slow triggering following overheating greater than the permissible heating of the installation.
- the present invention relates to a tripping mechanism of a circuit breaker, capable of ensuring tripping as a function of the permissible overheating of the installation to be protected as well as in the event of a short circuit, characterized by the fact that it comprises a bistable element connected to an electrical contact and whose respective positions determine the closing, respectively the opening of this contact, an actuating member for driving this bistable element from one to the other of its positions , associated with one of the ends of a bimetallic strip, means of heating by Joule effect of this strip, mounted in series with the installation to be protected, the other end of this bimetallic strip being fixed to an arm whose l free end carries a mass of inertia, the whole forming a unit articulated around an axis parallel to the plane of the bimetallic strip, a stop being placed in the trajectory of this unit to limit the amplitude of its displacement consecutive to the deformation of the bimetallic strip.
- the essential advantage of this mechanism is to provide a solution to the problem of rapid triggering by a purely thermal element.
- the combination of two functions in the same mechanism results in a significant simplification of the circuit breaker which results in another equally remarkable simplification of the exhaust mechanism.
- Fig. 1 is an elevational view of this circuit breaker in the engaged position.
- Fig. 2 is a partial view of FIG. 1 illustrating the circuit breaker in the tripped position.
- Fig. 3 is the same partial view illustrating the circuit breaker in the arming position.
- Fig. 4 is another partial view of a variant of the trigger mechanism.
- Fig. 5 illustrates the rapid tripping characteristic of the circuit breaker according to the invention compared to that of known circuit breakers.
- the circuit breaker illustrated in fig. 1 has two connection terminals 1 and 2 to the installation to be protected, between which are mounted in series with a movable contact 3 and a bimetallic strip 4.
- One end of this bimetallic strip 4 is fixed to an inertia arm 5 carrying a mass 5a articulated around an axis 6 parallel to the plane of the bimetallic strip 4 and secured to the bottom of a bracket 7 fixed to the casing of the circuit breaker.
- the bottom of this stirrup is ribbed to make it rigid while its two arms are not and play the role of springs.
- a bistable exhaust blade 8 is compressed between the free ends of the arms of the stirrup 7 in notches 9 formed at these ends. This compression of the exhaust blade 8 has the effect of keeping it constant in one or other of its equilibrium positions.
- the free end of the bimetallic blade 4 and the middle of the exhaust blade 8 are connected by an actuating rod 10 slidably mounted through a support 11 secured to the stirrup 7.
- the bistable exhaust blade 8 and the mobile part 3a of the contact 3 are connected by a second rod 14 slidingly mounted in a fixed support 15.
- the end of the mobile part 3a of this contact 3, opposite the end adjacent to the fixed part 3b of this contact is slidably mounted in a slide 16 and this mobile part is biased by a return spring 17 which constantly tends to keep this contact 3 closed.
- a blown out fire chamber The magnetic arc of the arc 18 is adjacent to this contact 3.
- This chamber contains a packet of strips 19 intended to divide the arc so as to increase the overall arc voltage, at medium voltages and at high breaking capacities.
- the movable part 3a of the contact 3 carries a cam 20 engaged with the end of a cocking lever 21 articulated around an axis 22.
- This lever 21 is secured to a bent arm 23 concentric with its axis of articulation 22.
- the elbow and the free end of this bent arm 23 have two lateral projections intended to come into engagement with the bistable exhaust blade 8 and located on either side of this blade.
- a trigger return spring 24 exerts on this cocking lever a pressure which tends to make it rotate in the opposite direction to that of a clockwise.
- the tripping mechanism of the circuit breaker that has just been described is designed to allow rapid tripping in the event of a sudden increase in the intensity of the current consecutive in particular to a short circuit and to allow a slow tripping subsequent to heating. lines or devices to be protected exceeding an accepted value and corresponding to the integral 1 i 2 dt.
- the mass associated with the inertia arm 5 will not have time to move and the triggering will take place for low values of fi2dt.
- the setting of this value at which the triggering takes place can be obtained by adjusting the tension of the return spring 12 using the adjusting screw 12a.
- the moving assembly formed by the bimetallic blade 4 and the inertia arm 5 carrying the mass 5a will pivot around the axis 6 in the opposite direction to that of the watch hands until that it is stopped by the stop 13.
- the free end of the bimetallic blade 4 communicates in the middle of the bistable exhaust blade 8, a force via the actuating rod 10, until this exhaust blade 8 passes through its critical state. From this critical state, the compression exerted on the exhaust blade 8 by the elastic arms of the stirrup 7 assisted at the start by the force of the spring 12, brings the middle of this exhaust blade 8 into its second position illustrated in fig. 2. During this displacement, the middle of the exhaust blade 8 meets the rod 14 and the displacement of the latter causes the opening of the contact 3 by the tilting of its movable part 3a. During this tilting, the cam 20 releases the end of the cocking lever 21 which switches under the action of the trigger return spring 24 in the position illustrated in FIG. 2.
- the trigger mechanism is reset by operating the cocking lever 21 to tilt it clockwise but beyond its engaged position, so that the elbow of the bent arm 23 passes the blade d bistable exhaust 8 beyond its critical position, until in its initial position.
- This arming position is illustrated in FIG. 3. It should be noted that, thanks to the cam 20, the closing of the contact 3 can only occur after the arming of the bistable exhaust blade 8 and that once the arming lever 21 returned to its stable "engaged” position defined by the cam 20. As a corollary, the cocking lever can only be maintained in the "engaged” position after having armed the bistable exhaust blade 8 and once the contact 3 closed.
- the triggering operation takes place in two phases, the first phase going from the rest state of position 1, illustrated in FIG. l, of the exhaust blade 8 in a critical state 0 of this blade, the second phase going from this position 0 to a position 2, illustrated in FIG. 2.
- the bimetallic strip 4 is essentially concerned with phase 1 of this triggering operation. It is reasonable to allow the trigger force to be set at 10 p, which would correspond to approximately 0.05 mm of displacement in free extension mode of the bimetallic strip.
- the second phase of this triggering operation is provided by the elastic arms of the stirrup 7 between which the exhaust blade 8 is clamped.
- the exhaust disk from position 0 to position 2 is propelled with increasing force, for example from 0 to 1500 p for a displacement of 2 mm.
- the total opening time therefore corresponds to t 1-o + t o-2 .
- the tripping force will be adjusted 10 p and the maximum acceleration a o of the mass of inertia equal to 20 g will therefore be 0.5 "g", or 5 m / s 2 .
- the acceleration of recoil will be proportional to I 2 eff t 3 according to formula (2) or again at: where a is the acceleration of the time ta o is the maximum acceleration of retreat of the mass of inertia at the passage to the critical point 0, at the time t 1-o .
- the sink arm between the pivot axis 6 of the inertia arm and the mass 5a has a great importance with regard to the problem of the insensitivity of the circuit breaker with respect to vibrations.
- DIN 57641 (0641 / 6.78) regulating the vibration resistance of circuit breakers.
- the circuit breaker must hold while being placed on an oscillating platform subjected to accelerations of about 10 "g '' at a distance of 400 mm from the axis of rotation.
- the circuit breaker is located at an average distance of 300 mm from the axis and is therefore subject to accelerations of up to 7 to 8 "g", capable of causing an untimely tripping.
- the inertial thermal trip object of the invention applies in principle to rapid tripping for all circuit breakers calibrated above 2 or 3A by adapting the dimensions and the connections of the bimetallic strip.
- a thin resistive layer on the surface of the bimetallic strip so as to cause its rapid heating.
- Such a thin layer can be deposited on the bimetallic strip by any known technique such as vacuum deposition or CVD.
- Fig. 4 illustrates a variant of the calibration screw 13 placed on an elastic blade 25, the deformation of which is adjustable by means of a second calibration screw 26.
- This variant is particularly useful for protecting the motors.
- the first cali screw Bration 13 enclosed in the case B of the circuit breaker is used for factory calibration, while the second calibration screw 26 which can be operated from outside the case B is used to make an adjustment adapted to the power of the motor to be protected.
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- Breakers (AREA)
Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un mécanisme de déclenchement d'un disjoncteur capable d'assurer le déclenchement en fonction des échauffements permissibles de l'installation à protéger ainsi qu'en cas de courtcircuit.The present invention relates to a tripping mechanism of a circuit breaker capable of ensuring tripping as a function of the permissible overheating of the installation to be protected as well as in the event of a short circuit.
La plupart des disjoncteurs connus de ce type conportent deux dispositifs distincts, l'un à bilame pour assurer le déclenchement en fonction des échauffements permissibles de l'installation, l'autre électromagnétique pour actionner un mécanisme d'échappement en cas de court-circuit.Most of the known circuit breakers of this type have two separate devices, one with a bimetallic strip for tripping as a function of the permissible heating of the installation, the other electromagnetic for actuating an exhaust mechanism in the event of a short circuit.
Cette double commande de déclenchement permet de satisfaire aux exigences de déclenchements lent et rapide qui permettent de protéger l'installation contrôlée par le disjoncteur aussi bien vis-à-vis d'un échauffement exagéré qu'en présence de courants très élevés résultant d'un courtcircuit. Par contre, le nombre de pièces composant un tel disjoncteur est élevé, ce qui entraîne des opérations de montage relativement complexes, outre le coût de fabrication de chaque pièce.This double tripping command makes it possible to satisfy the requirements for slow and rapid tripping which make it possible to protect the installation controlled by the circuit breaker both from excessive heating and in the presence of very high currents resulting from a short circuit. On the other hand, the number of parts making up such a circuit breaker is high, which results in relatively complex assembly operations, in addition to the cost of manufacturing each part.
Il a déjà été proposé de simplifier la construction des disjoncteurs en faisant remplir les deux fonctions de déclenchement susmentionnées par un seul et même dispositif. C'est ainsi que l'on a proposé d'utiliser des alliages à mémoire basés sur l'hystérèse d'un changement de phase, en vue de réaliser un déclencheur thermique capable de réagir rapidement en cas de court-circuit. Ces alliages sont capables de libérer brusquement une énergie mécanique élevée à la transition, qui peut directement être utilisée pour ouvrir le contact du disjoncteur en cas de court-circuit. Les avantages pratiques de cette solution ne sont pas évidents. La composition de l'alliage utilisé a une grande influence sur le domaine d'hystérèse et, par conséquent, sur les valeurs d'échauffement provoquant la transition. Il en résulte des problèmes de précision et de reproductibilité de la caractéristique de déclenchement lent consécutif à l'échauffement. En outre, cette solution n'entraîne pas une simplification notable du disjoncteur.It has already been proposed to simplify the construction of circuit breakers by having the two abovementioned tripping functions fulfilled by a single device. It has thus been proposed to use memory alloys based on the hysteresis of a phase change, in order to produce a thermal trip device capable of reacting quickly in the event of a short circuit. These alloys are capable of suddenly releasing a high mechanical energy at the transition, which can directly be used to open the contact of the circuit breaker in the event of a short circuit. The practical advantages of this solution are not obvious. The composition of the alloy used has a great influence on the hysteresis domain and, consequently, on the heating values causing the transition. This results in problems of precision and reproducibility of the characteristic of slow triggering following heating. In addition, this solution does not lead to a significant simplification of the circuit breaker.
Les disjoncteurs à double mécanisme de déclenchement, thermique et magnétique, utilisent un type de déclencheur formé par un mécanisme d'échappement à friction repris des mécanismes d'horlogerie, dans lequel le cliquet de déclenchement est maintenu contre un ergot de verrouillage d'un levier d'échappement avec une force supérieure à la force de pression des contacts. Si l'on voulait utiliser seulement le déclencheur thermique à bilame pour libérer le levier d'échappement, en conservant une marge de sécurité suffisante vis à-vis d'un déclenchement accidentel engendré par des vibrations parasites extérieures au disjoncteur, il serait inpossible d'obtenir un déclenchement rapide en cas de court-circuit, du fait que l'ouverture du contact est précédée d'une période d'échappement inpli- quant un déplacement de l'extrémité du bimétal avec départ à vitesse nulle suivie d'un déplacement cliquet/levier d'échappement également avec départ a vitesse nulle. Etant donné que dans un tel déclencheur, la coupure dépend de l'intégrale f i2dt correspondant aux échauffements permissibles de l'installation à protéger, dans ce cas particulier, et pour un courant nominal de 10 A, il a été calculé dans "Leitungsschutz durch stronbegrenzende LS-Schalter, J. Kirch- dorfer, Sonderdruck aus Electro-Revue" que cette période d'échappement est de l'ordre de Ji2dt = 104 A2s correspondant à un déplacement de 2 mm de l'extrémité du bimétal. De ce fait, il est exclu d'envisager la seule utilisation d'un bimétal associé à un échappemant à friction pour commander les déclenchements lent et rapide.Circuit breakers with double tripping mechanism, thermic and magnetic, use a type of trigger formed by a friction escapement mechanism taken from clockwork mechanisms, in which the trigger pawl is held against a lug locking an exhaust lever with a force greater than the contact pressure force. If we wanted to use only the bimetal thermal release to release the exhaust lever, while retaining a sufficient safety margin against an accidental release caused by parasitic vibrations external to the circuit breaker, it would be impossible to obtain a rapid tripping in the event of a short circuit, since the opening of the contact is preceded by an escape period involving a displacement of the end of the bimetal with departure at zero speed followed by a ratchet displacement / exhaust lever also with zero speed departure. Since in such a trip device, the cut-off depends on the integral fi 2 dt corresponding to the permissible overheating of the installation to be protected, in this particular case, and for a nominal current of 10 A, it has been calculated in "Leitungsschutz durch stronbegrenzende LS-Schalter, J. Kirch- dorfer, Sonderdruck aus Electro-Revue "that this escape period is of the order of Ji 2 dt = 10 4 A 2 s corresponding to a displacement of 2 mm from the end bimetal. Therefore, it is excluded to consider the only use of a bimetal associated with a friction escapement to control the slow and fast releases.
On connait des déclencheurs à disque bimétallique sphérique bistable dont le bord périphérique est serré à l'intérieur d'une paroi latérale élastique d'une cuvette. Cependant ce dispositif, dont la conception convient aux déplacements faibles et aux efforts élevés, n'a pas de performances très précises et reproductibles en raison des phénomènes de flambage qui se produisent durant la transition entre les deux états stables.Triggers with bistable spherical bimetallic discs are known, the peripheral edge of which is clamped inside an elastic side wall of a bowl. However, this device, the design of which is suitable for low displacements and high forces, does not have very precise and reproducible performances due to the buckling phenomena which occur during the transition between the two stable states.
La présente invention a pour but de remédier au moins en partie aux inconvénients des solutions susmentionnées, en proposant un mécanisme de déclenchement, susceptible à lui seul, de fonctionner selon le mode de déclenchement rapide consécutif à une brusque augmentation de courant et selon le mode de déclenchement lent consécutif à un échauffement supérieur à l'échauffement permissible de l'installation.The object of the present invention is to remedy at least in part the drawbacks of the abovementioned solutions, by proposing a triggering mechanism, capable on its own, of operating according to the rapid triggering mode consecutive to a sudden increase in current and according to the mode of slow triggering following overheating greater than the permissible heating of the installation.
A cet effet, la présente invention a pour objet un mécanisme de déclenchement d'un disjoncteur, capable d'assurer le déclenchement en fonction des échauffements permissibles de l'installation à protéger ainsi qu'en cas de court-circuit, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément bistable relié à un contact électrique et dont les positions respectives déterminent la fermeture, respectivement l'ouverture de ce contact, un organe d'actionnement pour conduire cet élément bistable de l'une à l'autre de ses positions, associé à l'une des extrémités d'une lame bimétallique, des moyens de chauffage par effet Joule de cette lame, montés en série avec l'installation à protéger, l'autre extrémité de cette lame bimétallique étant fixée à un bras dont l'extrémité libre porte une masse d'inertie, le tout formant un équipage articulé autour d'un axe parallèle au plan du bilame, une butée étant placée dans la trajectoire de cet équipage pour limiter l'amplitude de son déplacement consécutif à la déformation du bilame.To this end, the present invention relates to a tripping mechanism of a circuit breaker, capable of ensuring tripping as a function of the permissible overheating of the installation to be protected as well as in the event of a short circuit, characterized by the fact that it comprises a bistable element connected to an electrical contact and whose respective positions determine the closing, respectively the opening of this contact, an actuating member for driving this bistable element from one to the other of its positions , associated with one of the ends of a bimetallic strip, means of heating by Joule effect of this strip, mounted in series with the installation to be protected, the other end of this bimetallic strip being fixed to an arm whose l free end carries a mass of inertia, the whole forming a unit articulated around an axis parallel to the plane of the bimetallic strip, a stop being placed in the trajectory of this unit to limit the amplitude of its displacement consecutive to the deformation of the bimetallic strip.
L'avantage essentiel de ce mécanisme est d'apporter une solution au problème du déclenchement rapide par un élément purement thermique. La réunion de deux fonctions dans le même mécanisme entraîne une simplification notable du disjoncteur qui entraîne une autre simplification tout aussi remarquable du mécanisme d'échappement.The essential advantage of this mechanism is to provide a solution to the problem of rapid triggering by a purely thermal element. The combination of two functions in the same mechanism results in a significant simplification of the circuit breaker which results in another equally remarkable simplification of the exhaust mechanism.
Le dessin annexé illustre, très schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution et une variante de disjoncteur muni du mécanisme de déclenchement objet de la présente invention.The accompanying drawing illustrates, very schematically and by way of example, an embodiment and a variant of a circuit breaker provided with the tripping mechanism object of the present invention.
La fig. 1 est une vue en élévation de ce disjoncteur en position enclenchée.Fig. 1 is an elevational view of this circuit breaker in the engaged position.
La fig. 2 est une vue partielle de la fig. 1 illustrant le disjoncteur en position déclenchée.Fig. 2 is a partial view of FIG. 1 illustrating the circuit breaker in the tripped position.
La fig. 3 est la même vue partielle illustrant le disjoncteur en position d'armement.Fig. 3 is the same partial view illustrating the circuit breaker in the arming position.
La fig. 4 est une autre vue partielle d'une variante du mécanisme de déclenchement.Fig. 4 is another partial view of a variant of the trigger mechanism.
La fig. 5 illustre la caractéristique rapide de déclenchement du disjoncteur selon l'invention comparée à celle des disjoncteurs connus.Fig. 5 illustrates the rapid tripping characteristic of the circuit breaker according to the invention compared to that of known circuit breakers.
Le disjoncteur illustré par la fig. 1 comporte deux bornes de raccordement 1 et 2 à l'installation à protéger entre lesquelles sont montés en série un contact mobile 3 et une lame bimétallique 4. Une extrémité de cette lame bimétallique 4 est fixée à un bras d'inertie 5 porteur d'une masse 5a articulé autour d'un axe 6 parallèle au plan de la lame bimétallique 4 et solidaire du fond d'un étrier 7 fixé au carter du disjoncteur. Le fond de cet étrier est nervuré pour le rendre rigide alors que ses deux bras ne le sont pas et jouent le rôle de ressorts. Etant donné que la masse 5a sert à équilibrer statiquement le bras d'inertie 5 tout en créant un moment autour de l'axe 6 en régime dynamique, cette masse 5a est choisie plus inpor- tante que celle du bras d'inertie 5 seul. Une lame d'échappement bistable 8 est comprimée entre les extrémités libres des bras de l'étrier 7 dans des encoches 9 ménagées à ces extrémités. Cette compression de la lame d'échappement 8 a pour effet de la maintenir cons- tamτent dans l'une ou l'autre de ses positions d'équilibre. L'extrémité libre de la lame bimétallique 4 et le milieu de la lame d'échappement 8 sont reliés par une tige d'actionnement 10 montée coulissante à travers un support 11 solidaire de l'étrier 7. L'ensemble de l'équipage formé de la lame bimétallique et du bras d'inertie 5 articulé autour de l'axe 6 est sollicité par un ressort de rappel élastique 12 à tension réglable par une vis 12a, solidaire du support 11 qui appuie contre l'extrémité libre de la lame bimétallique 4. De ce fait, cette extrémité libre de la lame bimétallique presse la tige d'actionnement 10 contre le milieu de la lame d'échappement bistable 8, avec une pression sensiblement inférieure à celle qui est nécessaire pour faire basculer le milieu de cette lame d'échappement dans sa deuxième position stable. Une butée réglable de calibration 13 constituée par une vis fixée dans le fond de l'étrier 7 est disposée vis-à-vis de l'une des extrémités du bras d'inertie 5 et sert à limiter le déplacement de l'équipage mobile formé de ce bras 5 et de la lame bimétallique 4 autour de l'axe 6.The circuit breaker illustrated in fig. 1 has two
La lame d'échappement bistable 8 et la partie mobile 3a du contact 3 sont reliés par une seconde tige 14 montée coulissante dans un support fixe 15. L'extrémité de la partie mobile 3a de ce contact 3, opposée à l'extrémité adjacente à la partie fixe 3b de ce contact est montée coulissante dans une glissière 16 et cette partie mobile est sollicitée par un ressort de rappel 17 qui tend constamment à maintenir ce contact 3 fermé. Une chambre d'extinction à soufflage magnétique de l'arc 18 est adjacente à ce contact 3. Cette chambre contient un paquet de lamelles 19 destinées à diviser l'arc de façon à augmenter la tension globale d'arc, aux tensions moyennes et aux pouvoirs de coupure élevés.The
La partie mobile 3a du contact 3 porte une came 20 en prise avec l'extrémité d'un levier d'armement 21 articulé autour d'un axe 22. Ce levier 21 est solidaire d'un bras coudé 23 concentrique à son axe d'articulation 22. Le coude et l'extrémité libre de ce bras coudé 23 présentent deux saillies latérales destinées à venir en prise avec la lame d'échappement bistable 8 et situées de part et d'autre de cette lame. Un ressort de rappel de déclenchement 24 exerce sur ce levier d'armement une pression qui tend à le faire tourner dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre.The
Le mécanisme de déclenchement du disjoncteur que l'on vient de décrire est conçu pour permettre le déclenchement rapide en cas d'une brusque augmentation de l'intensité du courant consécutive notamment à un court-circuit et pour permettre un déclenchement lent consécutif à un échauffement des lignes ou appareils à protéger dépassant une valeur admise et correspondant à l'intégrale 1 i2dt. Dans le premier cas, la masse associée au bras d'inertie 5 n'aura pas le temps de se déplacer et le déclenchement aura lieu pour de faibles valeurs de fi2dt. Le réglage de cette valeur à laquelle a lieu le déclenchement peut être obtenu en ajustant la tension du ressort de rappel 12 à l'aide de la vis de réglage 12a.The tripping mechanism of the circuit breaker that has just been described is designed to allow rapid tripping in the event of a sudden increase in the intensity of the current consecutive in particular to a short circuit and to allow a slow tripping subsequent to heating. lines or devices to be protected exceeding an accepted value and corresponding to the integral 1 i 2 dt. In the first case, the mass associated with the
Il est également possible de remplacer ce réglage en modifiant la masse 5a du bras d'inertie soit en l'allégeant soit en lui ajoutant une masse additionnelle. On pourrait prévoir à cet effet que la masse 5a soit interchangeable. L'avantage du réglage par la variation de la masse au lieu de varier la tension du ressort 12, réside dans le fait que cette variation de masse n'a aucune répercussion sur la durée de déclenchement contrairement au réglage de la tension du ressort 12.It is also possible to replace this adjustment by modifying the
En régime de surintensité modérée, l'équipage mobile formé de la lame bimétallique 4 et du bras d'inertie 5 porteur de la masse 5a pivotera autour de l'axe 6 dans le sens contraire à celui des aiguilles de la montre jusqu'à ce qu'il soit arrête par la butée 13.In a moderate overcurrent regime, the moving assembly formed by the
On constate en outre, que cette solution inertielle permet de résoudre le problème des variations de la température ambiante qui, étant lentes, sont absorbées par un déplacement de la masse d'inertie.We also note that this inertial solution makes it possible to solve the problem of variations in ambient temperature which, being slow, are absorbed by a displacement of the mass of inertia.
Avant de revenir plus en détail sur les deux comportements du mécanisme de déclenchement objet de l'invention, nous voulons terminer la description du fonctionnement du disjoncteur.Before returning in more detail to the two behaviors of the tripping mechanism which is the subject of the invention, we want to finish the description of the operation of the circuit breaker.
Donc, dans l'un ou l'autre cas de déclenchement lent ou rapide, l'extrémité libre de la lame bimétallique 4 communique au milieu de la lame d'échappement bistable 8, un effort par l'intermédiaire de la tige d'actionnement 10, jusqu'à ce que cette lame d'échappement 8 passe par son état critique. A partir de cet état critique, la compression exercée sur la lame d'échappement 8 par les bras élastiques de l'étrier 7 assisté au début par l'effort du ressort 12, amène le milieu de cette lame d'échappement 8 dans sa seconde position illustrée par la fig. 2. Au cours de ce déplacement, le milieu de la lame d'échappement 8 rencontre la tige 14 et le déplacement de cette dernière provoque l'ouverture du contact 3 par le basculement de sa partie mobile 3a. Au cours de ce basculement, la came 20 libère l'extrémité du levier d'armement 21 qui bascule sous l'action du ressort de rappel de déclenchement 24 dans la position illustrée par la fig. 2.So, in one or the other case of slow or fast triggering, the free end of the
Le réarmement du mécanisme de déclenchement s'effectue en manoeuvrant le levier d'armement 21 pour le faire basculer dans le sens des aiguilles de la montre mais en dépassant sa position enclenchée, de manière que le coude du bras coudé 23 fasse passer la lame d'échappement bistable 8 au-delà de sa position critique, jusque dans sa position initiale. Cette position d'armement est illustrée par la fig. 3. Il est à relever que, grâce à la came 20, la fermeture du contact 3 ne peut se produire qu'après l'armement de la lame d'échappement bistable 8 et qu'une fois le levier d'armement 21 revenu dans sa position stable "enclenchée" définie par la came 20. Corollairement, le levier d'armement ne peut se maintenir en position "enclenché" qu'après avoir armé la lame d'échappement bistable 8 et une fois le contact 3 fermé.The trigger mechanism is reset by operating the
Lors du déclenchement manuel, la glissière 16 permet un pivotement sans ouverture de la partie mobile 3a du contact 3 jusqu'à ce que la lame d'échappement bistable 8 soit déclenchée par la saillie latérale de l'extrémité libre du bras coudé 23.During manual triggering, the
L'opération de déclenchement se déroule en deux phases, la première phase allant de l'état de repos de la position 1, illustrée par la fig. l, de la lame d'échappement 8 à un état critique 0 de cette lame, la seconde phase allant de cette position 0 à une position 2, illustrée par la fig. 2. La lame bimétallique 4 est essentiellement concernée par la phase 1 de cette opération de déclenchement. On peut raisonnablement admettre de règler la force de déclenchement à 10 p, ce qui correspondrait à environ 0,05 mm de déplacement en mode d'extension libre de la lame bimétallique. L'échauffement de la lame bimétallique est alors très réduit, admettons un échauffement correspondant à ƒi2dt = 200 A2s.The triggering operation takes place in two phases, the first phase going from the rest state of
La seconde phase de cette opération de déclenchement est assurée par les bras élastiques de l'étrier 7 entre lesquels la lame d'échappement 8 est serrée. Le disque d'échappement de la position 0 à la position 2 est propulsé avec une force croissante, par exemple de 0 à 1500 p pour un déplacement de 2 mm.The second phase of this triggering operation is provided by the elastic arms of the
En faisant tout d'abord abstraction du recul de la masse 5a, nous allons calculer les temps d'échappement correspondant au passage de la position 1 "enclenchée" de son état de repos à son état critique 0. Pour simplifier le calcul et compte tenu des temps très faibles considérés, il est admissible de remplacer la variation sinusoïdale du courant par une montée linéaire de même pente.
En tenant compte d'une intégrale ƒ i2dt de 200A2s pour un déplacement de 0,05 mm d'une lame bimétallique de type 155 TB 1577 de 40 mm de longueur, 5 mm de largeur et 1 mm d'épaisseur, nous obtenons environ:
Pour évaluer le temps nécessaire au passage du point critique 0 à la position "déclenchée" 2 illustrée par la fig. 2, nous admettrons une accélération moyenne égale à la moitié de l'accélération finale et une course e du milieu de la lame d'échappement 8 égale à 2 mm, sa masse équivalente m étant de 0,5 g; fm = 1500 p/2 = 750 p = 7,5 N (force moyenne appliquée).To assess the time required to pass from critical point 0 to the "triggered"
L'accélération moyenne am vaut donc:
Le temps de passage to-2 de la positicn 0 à la position 2 est donnée par:
Le temps d'ouverture total correspond donc à t1-o + to-2.The total opening time therefore corresponds to t 1-o + t o-2 .
En présence de la masse d'inertie 5a, pour que l'échappement de la lame d'échappement 8 puisse se produire en régime de déclenchement rapide, il faut que le recul de cette masse d'inertie, alors que la lame bimétallique se trouve soumise à la contrainte consécutive à l'échauffement, soit d'amplitude très inférieure au recul correspondant au même échauffement, mais sous une contrainte mécanique nulle (extension libre).In the presence of the mass of
Avec la même lame bimétallique que précédemment, la force de déclenchement sera règlée 10 p et l'accélération maximale ao de la masse d'inertie égale à 20 g sera donc de 0,5 "g", ou 5 m/s2.With the same bimetallic blade as before, the tripping force will be adjusted 10 p and the maximum acceleration a o of the mass of inertia equal to 20 g will therefore be 0.5 "g", or 5 m / s 2 .
En supposant le recul de la masse 5a négligeable par rapport à l'extension libre de la lame bimétallique 4, l'accélération de recul sera proportionnelle à I2 efft3 selon la formule (2) ou encore à:
Par intégration, on obtient la distance de recul er
Le recul de la masse 5a au moment de l'échappement de la lame 8 vaut donc: er
En reprenant les formules (3) et (5) nous pouvons dresser le tableau I suivant:
D'après ce tableau, on voit que la condition d'échappement rapide est réalisée pour tous les courants ≽300A, c'est-à-dire que pour er << 50 µm.From this table, we see that the fast exhaust condition is realized for all currents ≽300A, that is to say that for e r << 50 µm.
Les valeurs correspondant à Ieff = 100 A sont indiquées entre parenthèses, l'approximation de la montée linéaire du courant n'étant plus valable pour un temps de 6,7 ms. La distance de recul e est donc en réalité sensiblement plus élevée que les 11 um indiqués. On peut estimer que la transition entre les régimes d'échappement lent et rapide se produit aux environs de 100 A. Selon les normes officielles cette transition correspond à un disjoncteur nominal 10 A.The values corresponding to I eff = 100 A are indicated in parentheses, the approximation of the linear rise of the current being no longer valid for a time of 6.7 ms. The recoil distance e is therefore in reality substantially greater than the 11 μm indicated. It can be estimated that the transition between slow and fast exhaust regimes occurs around 100 A. According to official standards, this transition corresponds to a nominal 10 A circuit breaker.
Il faut encore remarquer que le bras de evier entre l'axe de pivotement 6 du bras d'inertie et la masse 5a a une grande inportan- ce en ce qui concerne le problème de l'insensibilité du disjoncteur vis-à-vis des vibrations. En effet, il existe une norme DIN 57641 (0641/6.78) réglementant la tenue aux vibrations des disjoncteurs. Selon cette norme, le disjoncteur doit tenir en étant disposé sur une plateforme oscillante soumise à des accélérations d'environs 10 "g'' à une distance de 400 mm de l'axe de rotation. Le disjoncteur est situé à une distance moyenne de 300 mm de l'axe et se trouve donc soumis à des accélérations pouvant atteindre 7 à 8 "g", susceptible de provoquer un déclenchement inoportun.It should also be noted that the sink arm between the
Dans le cas du mécanisme de déclenchement décrit, si le centre de gravité de l'équipage mobile est confondu avec l'axe 6 et si un bras de levier de 10 mm sépare l'axe 6 de la masse 5a, nous pouvons calculer l'accélération équivalente de la masse soumise aux vibrations du test officiel en multipliant l'accélération à 400 mm par . le rapport des bras de levier soit 10 "g" x 10/400 = 0,25 "g" seulement. Ainsi, la solution décrite réglée pour une force de déclenchement de 10 p pourrait recevoir une masse allant jusqu'à 40 g.In the case of the triggering mechanism described, if the center of gravity of the moving assembly coincides with
Le déclencheur thermique inertiel objet de l'invention s'applique en principe au déclenchement rapide pour tous les disjoncteurs calibrés audessus de 2 ou 3A en adaptant les dimensions et les connexions de la lame bimétallique.The inertial thermal trip object of the invention applies in principle to rapid tripping for all circuit breakers calibrated above 2 or 3A by adapting the dimensions and the connections of the bimetallic strip.
Si le déclenchement rapide peut être considéré comme inutile dans le cas de courants inférieurs à 0,2A, il n'en est cependant pas de même pour les courants intermédiaires compris entre 0,2 et 2A pour lesquels une interruption de quelques ms est nécessaire, qui ne peut pas être assurée par le déclencheur thermique à chauffage indirect par un ruban résistif enroulé autour de la lame bimétallique.If rapid tripping can be considered useless in the case of currents below 0.2A, it is not the same for intermediate currents between 0.2 and 2A for which an interruption of a few ms is necessary, which cannot be ensured by the thermal trigger with indirect heating by a resistive tape wrapped around the bimetallic blade.
Pour résoudre ce problème sans introduire de déclencheur magnétique séparé comme le font les solutions conventionnelles, il est possible de déposer une couche résistive mince à la surface de la lame bimétallique de manière à provoquer son chauffage rapide. Une telle couche mince peut être déposée sur la lame bimétallique par n'importe quelle technique connue telle que dépôt sous vide ou CVD.To solve this problem without introducing a magnetic trigger separate tick as do conventional solutions, it is possible to deposit a thin resistive layer on the surface of the bimetallic strip so as to cause its rapid heating. Such a thin layer can be deposited on the bimetallic strip by any known technique such as vacuum deposition or CVD.
Un modèle de laboratoire a été réalisé conformément au mécanisme de déclenchement décrit pour vérifier son comportement en régime de déclenchement rapide (courant moyen, basse tension). Les résultats mesurés sont tout à fait comparables à ceux des calculs précédents dont les résultats se trouvent dans le tableau I.A laboratory model was produced in accordance with the triggering mechanism described to verify its behavior in rapid triggering mode (medium current, low voltage). The measured results are quite comparable to those of the previous calculations, the results of which are shown in Table I.
Les caractéristiques mesurées sur ce prototype ont été reportées sur le diagramme I/t de la fig. 5 sous la forme d'une courbe en traits mixtes comparée aux caractéristiques d'un disjoncteur conventionnel de 10A nominal à déclencheur thermique (courbe 2) et à déclencheur magnétique (courbe 3). Il ressort de cette comparaison que la caractéristique du modèle est beaucoup plus rapide que la partie thermique de la caractéristique du déclencheur conventionnel et peut se comparer à la partie magnétique.The characteristics measured on this prototype have been plotted on the I / t diagram in fig. 5 in the form of a dashed line curve compared to the characteristics of a conventional circuit breaker of nominal 10A with thermal trip (curve 2) and with magnetic trip (curve 3). It emerges from this comparison that the characteristic of the model is much faster than the thermal part of the characteristic of the conventional trip unit and can be compared to the magnetic part.
Ces essais confirment donc l'intérêt technique de la solution proposée et la possibilité d'obtenir un déclenchement rapide ou lent avec un mécanisme de déclenchement unique susceptible de fonctionner selon deux modes suivant la valeur de la surintensité de courant à interronpre. Il s'ensuit une simplification considérable du disjoncteur et par conséquent un abaissement de son coût de production, sans que les performances en souffrent. Ceci est dû au déclencheur à lame bimétallique associé à une masse d'inertie, combiné avec un organe d'échappement bistable à course de déclenchement nulle qui permet d'utiliser la lame bimétallique pour de faibles valeurs de fi2dt, c'est-à-dire pour de faibles forces de déclenchement. A titre indicatif le disjoncteur objet de la présente invention peut être fabriqué avec une quarantaine de pièces a assembler alors que les disjoncteurs comparables vendus actuellement se composent de 50 à 70 pièces.These tests therefore confirm the technical interest of the proposed solution and the possibility of obtaining rapid or slow triggering with a single triggering mechanism capable of operating in two modes depending on the value of the overcurrent to inter-current. It follows a considerable simplification of the circuit breaker and consequently a lowering of its production cost, without the performance suffering. This is due to the bimetallic blade trigger associated with a mass of inertia, combined with a bistable exhaust member with zero tripping stroke which allows the bimetallic blade to be used for low values of fi 2 dt, that is to say i.e. for low tripping forces. By way of indication, the circuit breaker which is the subject of the present invention can be manufactured with around forty parts to be assembled, while the comparable circuit breakers sold today consist of 50 to 70 parts.
La fig. 4 illustre une variante de la vis de calibration 13 disposée sur une lame élastique 25 dont la déformation est réglable au moyen d'une seconde vis de calibrage 26. Cette variante est notamment utile pour la protection des moteurs. La première vis de calibration 13 enfermée dans le boîtier B du disjoncteur sert à la calibration d'usine, tandis que la seconde vis de calibration 26 qui peut être manoeuvrée de l'extérieur du boîtier B sert à effectuer un ajustement adapté à la puissance du moteur à protéger.Fig. 4 illustrates a variant of the
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH557181 | 1981-08-31 | ||
CH5571/81 | 1981-08-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0073742A1 true EP0073742A1 (en) | 1983-03-09 |
Family
ID=4295806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP82810358A Withdrawn EP0073742A1 (en) | 1981-08-31 | 1982-08-27 | Release mechanism for a circuit breaker |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0073742A1 (en) |
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