EP0236202B1 - Appareil de coupure de courant à commutateur statique et disjoncteur de protection - Google Patents

Appareil de coupure de courant à commutateur statique et disjoncteur de protection Download PDF

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EP0236202B1
EP0236202B1 EP87400333A EP87400333A EP0236202B1 EP 0236202 B1 EP0236202 B1 EP 0236202B1 EP 87400333 A EP87400333 A EP 87400333A EP 87400333 A EP87400333 A EP 87400333A EP 0236202 B1 EP0236202 B1 EP 0236202B1
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EP
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contacts
housing
breaking device
solid
state switch
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EP87400333A
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Inventor
Jean-Luc Mertz
Michel Lazareth
Hubert Guerin
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Merlin Gerin SA
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Merlin Gerin SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/123—Automatic release mechanisms with or without manual release using a solid-state trip unit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to a low-voltage current cut-off device with modular housing having a front face, two large parallel side faces, and two small side faces, each having a recess for housing a pair of power terminals and at least one control terminal, said recesses being arranged opposite the front face towards the rear part of the housing, in which housing are housed and connected in series with a static switch and a pair of separable contacts actuated by a mechanism having a control handle, disposed on said front face and a trigger causing the separation of the contacts during a fault by protecting the static switch.
  • An apparatus of the type mentioned, for example described in document EP-A-0104981 allows a circuit to be opened and closed by the control of a static switch, possibly remote-controlled.
  • the separable contacts open automatically, protecting the static switch and interrupting the circuit.
  • the control of the separable contacts can be manual using a lever arranged on the front face of the device.
  • the static switch is housed inside the molded case in a compartment provided under one of the terminals, but this arrangement can cause overheating detrimental to the proper functioning of the device and also requires an increase in the enclosure profile.
  • the present invention aims to allow the realization of an apparatus with static switch and integrated circuit breaker allowing efficient cooling of the static switch while respecting a standard template.
  • the apparatus according to the invention is characterized in that said housing has in its rear part a first housing delimited by an external metal plate forming the bottom of the housing and an intermediate partition separating a second housing, and that the static switch is disposed in said first housing in thermal contact with the metal plate, said separable contacts being housed in the second housing.
  • the cooling can be reinforced by attaching a radiator to the external metal plate and the protection of the static switch can be achieved by providing a shunt circuit for the static switch which is switched on by switching the arc drawn between the contacts to a bow horn.
  • the shunting circuit advantageously comprises an arcing horn arranged near one of the contacts to capture the arc as soon as it forms and this arcing horn extends in the direction of the other contact to constitute a re-ignition zone. , this occurs on the arcing horn and not on the contact, preventing any passage of current through the static switch.
  • the power terminals and the control terminals of the static switch are arranged on the small side faces of the housing, while the movable contact struggles in a plane parallel to these small side faces.
  • the thermal trip device in particular the bimetallic strip, is moved in an adjacent plane.
  • a pole 10 of a modular apparatus with molded housing 12 has a front face 18 crossed by a control handle 20.
  • the rear face of the housing 12 is constituted by a metal plate 16, which confines with an insulating intermediate partition 14, parallel to the plate 16, a housing 68 of shallow depth.
  • the trip device 32 consists of a bimetallic strip 34 and a coil 36 connected in series with the contacts 22, 24 between power terminals 38, 40 of the pole.
  • the breaking chamber 26 is framed by two horns, lower 39 and upper 41, extending parallel to the sheets 28 and to the partition 14.
  • the mechanism 30 comprises a contact arm 42 carrying the movable contact 24 and pivotally mounted on a bent lever 44 coupled by a stirrup 46 to the lever 20.
  • a trigger lever 48 is pivotally mounted on an axis 50 and cooperates with the end of the contact arm 42 to secure the latter to the bent lever 44.
  • a lock 52 cooperates with the trigger lever 48, this lock being able to be actuated by the bimetallic strip 34 in the event of overload or by the electromagnetic trip unit with coil 36. The release of the lock 52 causes the trigger lever 48 to pivot and the movable contact 24 to open under the action of a spring (not shown).
  • a static switch 56 such as a triac or a pair of thyristors upside down, is electrically connected in series with the contacts 22, 24 and the releases 34, 36.
  • the control circuit of the static switch 56 is connected by conductors 58 to control terminals 59, 60.
  • the static switch 56 is electrically connected in the main circuit between the fixed contact 22 and the terminal 40.
  • the movable contact 24 is connected to the opposite terminal 38 through the coil 36 and the bimetallic strip 34 The incoming current at a time given by terminal 38 runs through bimetallic strip 34, coil 36, contacts 22, 24, switch 56 to exit via terminal 40.
  • the upper arc horn 41 is connected to terminal 38, while the lower arc horn 39 extends to the vicinity of the fixed contact 22, being separated from the latter by a small gap 66.
  • the lower arc horn 39 is further connected by a conductor 62 to a connection point 64 of the main circuit located between the static switch 56 and terminal 40.
  • the housing 12 has two large parallel side faces 72, 74 and two small parallel side faces 76, 78 having recesses 80 defining an enlarged portion on the bottom side of the housing 12
  • the power terminals 38, 40 are arranged on the side of the small side wall 76 in the enlarged part 80 of the housing, while the control terminals 59, 60 are arranged on the opposite side towards the small side wall 78.
  • break 26 the coil 36 and the mechanism 30 are superimposed parallel to the small side faces 76, 78 being interposed between the intermediate partition 14 and the lever 20.
  • the bimetallic strip 34 is offset laterally relative to this stack to reduce the size of the housing 12 in the direction of the small lateral faces 76, 78.
  • the bimetallic strip 34 has been shown in the plane in broken lines to facilitate the understanding of how it works.
  • the movement plane of the movable contact 22 is parallel to the small lateral faces 76, 78.
  • the enlarged part 80 of the housing 12 has notches 82 freeing the central part of the metal plate 16 adjacent to the edges of the walls 76, 78.
  • These exposed parts of the metal plate T16 have holes 84 for the passage of fixing screws, in particular on a radiator (not shown) attached to the metal plate 16.
  • the handle 20 disposed on the front allows manual control of opening and closing of the device.
  • the particular shape of the housing 12 allows an alignment of a series of devices, the large lateral faces 72, 74 of the successive devices being placed side by side.
  • the static switch 56 is arranged in a separate housing that is easily accessible from the outside.
  • the shunting of the switch 56 is effected by switching the arc on the horn 39, 70 for guiding the arc disposed near one of said contacts and shaped so that upon separation of the contacts the distance between the horn 70 and the other of said contacts 24 is less than the separation distance of the contacts 22, 24 to avoid any re-ignition of the arc on the contacts.
  • the end of the arcing horn 39 separated from the fixed contact 22 by a small gap 66, has a boss 70 in the direction of the movable contact 24.
  • the boss 70 is offset laterally from the fixed contact 22 in the direction of opening of the movable contact 24.
  • the boss 70 is thus disposed before the fixed contact 22 relative to the closing direction of the movable contact at a distance from this contact less than the separation distance of the contacts 22, 24, during opening or in the open position. In the case of a reboot, the latter will intervene between the movable contact 24 and the boss 70 and not between the contacts 22, 24. This avoids a re-circuiting of the static switch 56 with risks of destruction.

Description

  • L'invention est relative à un appareil de coupure de courant basse tension à boîtier modulaire ayant une face avant, deux grandes faces latérales parallèles, et deux petites faces latérales, présentant chacune un décrochement pour le logement d'une paire de bornes de puissance et d'au moins une borne de commande, lesdits décrochements étant disposés à l'opposé de la face avant vers la partie arrière du boîtier, dans lequel boîtier sont logés et connectés en série un commutateur statique et une paire de contacts séparables actionnés par un mécanisme ayant une manette de commande, disposée sur ladite face avant et un déclencheur provoquant la séparation des contacts lors d'un défaut en protégeant le commutateur statique.
  • Un appareil du genre mentionné, par exemple décrit dans le document EP-A-0104981, permet une ouverture et une fermeture d'un circuit par la commande d'un commutateur statique, éventuellement télécommandé. Lors d'un défaut les contacts séparables s'ouvrent automatiquement en protégeant le commutateur statique et en interrompant le circuit. La commande des contacts séparables peut être manuelle à l'aide d'une manette disposée sur la face avant de l'appareil. Le commutateur statique est logé à l'intérieur du boîtier moulé dans un compartiment prévu sous l'une des bornes, mais cette disposition peut être à l'origine d'échauffements préjudiciables au bon fonctionnement de l'appareil et nécessite de plus une augmentation du profil du boîtier.
  • La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un appareil à commutateur statique et disjoncteur intégré permettant un refroidissement efficace du commutateur statique tout en respectant un gabarit standard.
  • L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce que ledit boîtier présente dans sa partie arrière un premier logement délimité par une plaque métallique externe formant le fond du boîtier et une cloison intermédiaire de séparation d'un deuxième logement, et que le commutateur statique est disposé dans ledit premier logement au contact thermique de la plaque métallique, lesdits contacts séparables étant logés dans le deuxième logement.
  • Le refroidissement peut être renforcé en accolant à la plaque métallique externe un radiateur et la protection du commutateur statique peut être réalisée en prévoyant un circuit de shuntage du commutateur statique qui est mis en circuit par la commutation de l'arc tiré entre les contacts vers une corne d'arc.
  • Le circuit de shuntage comporte avantageusement une corne d'arc disposée à proximité de l'un des contacts pour capter l'arc dès sa formation et cette corne d'arc s'étend en direction de l'autre contact pour constituer une zone de réamorçage, celui- ci se produit sur la corne d'arc et non sur le contact, évitant tout passage du courant dans le commutateur statique.
  • Les bornes de puissance et les bornes de commande du commutateur statique sont disposées sur les petites faces latérales du boîtier, tandis que le contact mobile se débat dans un plan parallèle ces petites faces latérales. Pour limiter la dimension du boîtier dans la direction des petites faces latérales, le déclencheur thermique, notamment le bilame, est déplacée dans un plan adjacent.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels:
    • - la figure 1 est une vue schématique partiellement arrachée en élévation de l'appareil selon l'invention;
    • - la figure 2 est une vue en plan de la figure 1 ;
    • - la figure 3 est une vue de gauche de l'appareil selon la figure 1 ;
    • - la figure 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2, à échelle agrandie ;
    • - la figure 5 montre le schéma électrique de l'appareil selon la figure 1.
  • Sur les figures, un pôle 10 d'un appareil modulaire à boîtier moulé 12 présente une face avant 18 traversée par une manette de commande 20. La face arrière du boîtier 12 est constituée par une plaque métallique 16, qui confine avec une cloison intermédiaire isolante 14, parallèle à la plaque 16, un logement 68 de faible profondeur. Dans la partie restante du boîtier moulé 12 sont logés une paire de contacts 22, 24, une chambre de coupure 26 à tôles 28 de désionisation de l'arc tiré entre les contacts 22, 24, et un mécanisme de maneouvre 30 actionné par la manette 20 et par un déclencheur 32. Le déclencheur 32 est constitué par une bilame 34 et une bobine 36 connectées en série avec les contacts 22, 24 entre des bornes de puissance 38, 40 du pôle. La chambre de coupure 26 est encadrée par deux cornes, inférieure 39 et supérieure 41, s'étendant parallèlement aux tôles 28 et à la cloison 14.
  • Le mécanisme 30 comporte un bras de contact 42 portant le contact mobile 24 et monté à pivotement sur un levier coudé 44 accouplé par un étrier 46 à la manette 20. Un levier de déclenchement 48 est monté à pivotement sur un axe 50 et coopère avec l'extrémité du bras de contact 42 pour solidariser ce dernier au levier coudé 44. Un verrou 52 coopère avec le levier de déclenchement 48, ce verrou pouvant être actionné par le bilame 34 en cas de surcharge ou par le déclencheur électromagnétique à bobine 36. La libération du verrou 52 provoque le pivotement du levier de déclenchement 48 et l'ouverture du contact mobile 24 sous l'action d'un ressort (non représenté). Un commutateur statique 56, tel qu'un triac ou une paire de thyristors en tête bêche, est connecté électriquement en série des contacts 22, 24 et des déclencheurs 34, 36. Le circuit de commande du commutateur statique 56 est relié par des conducteurs 58 à des bornes de commande 59, 60. Le commutateur statique 56 est connecté électriquement dans le circuit principal entre le contact fixe 22 et la borne 40. Le contact mobile 24 est relié à la borne opposée 38 à travers la bobine 36 et la bilame 34. Le courant entrant à un instant donné par la borne 38 parcourt la bilame 34, la bobine 36, les contacts 22, 24, le commutateur 56 pour sortir par la borne 40. La corne d'arc supérierure 41 est raccordée à la borne 38, tandis que la corne d'arc inférieure 39 se prolonge jusqu'au voisinage du contact fixe 22 en étant séparé de ce dernier par un faible intervalle 66. La corne d'arc inférierure 39 est de plus reliée par un conducteur 62 à un point de raccordement 64 du circuit principal situé entre le commutateur statique 56 et la borne 40.
  • Un tel appareil de courant est décrit en détail dans le document EP-A-0104981 précité, auquel on se référera avantageusement pour la compréhension du fonctionnement. Il suffit de rappeler que le commutateur statique 56 permet une télécommande d'ouverture et de fermeture de l'appareil en fonctionnement normal. En cas de défaut le bilame 34 ou la bobine 36 provoque l'ouverture automatique des contacts 22, 24 et la commutation rapide de l'arc sur la corne 39 mettant en circuit le circuit 39, 62, de shuntage du commutateur statique 56, lequel est ainsi protégé efficacement contre les courants de surcharge et de court-circuit susceptibles de le détruire.
  • En se référant plus particulièrement aux figures 1 à 3, on voit que le boîtier 12 comporte deux grandes faces latérales parallèles 72, 74 et deux petites faces latérales parallèles 76, 78 ayant des décrochements 80 délimitant une partie élargie du côté du fond du boîtier 12. Les bornes de puissance 38, 40 sont disposées du côté de la petite paroi latérale 76 dans la partie élargie 80 du boîtier, tandis que les bornes de commande 59, 60 sont disposées du côté opposé vers la petite paroi latérale 78. La chambre de coupure 26, la bobine 36 et le mécanisme 30 sont superposés parallèlement aux petites faces latérales 76, 78 en étant intercalés entre la cloison intermédiaire 14 et la manette 20. Le bilame 34 est décalé latéralement par rapport à cet empilage pour réduire la dimension du boîtier 12 dans la direction des petites faces latérales 76, 78. Sur la figure 4, le bilame 34 a été représentée dans le plan en trait discontinu pour faciliter la compréhension du fonctionnement. Le plan de débattement du contact mobile 22 est parallèle aux petites faces latérales 76, 78. La partie élargie 80 du boîtier 12 présente des encoches 82 libérant la partie centrale de la plaque métallique 16 adjacente aux bords des parois 76, 78. Ces parties dégagées de la plaque T16 métallique présentent des trous 84 pour le passage de vis de fixation, notamment sur un radiateur (non représenté) accolé à la plaque métallique 16.
  • La disposition des bornes de puissance 38, 40 et des bornes de commande 59, 60 sur les petites faces latérales 76, 78 et le fait d'intercaler entre ces bornes le bilame 34 et l'empilage constitué par la chambre 26, la bobine 36 et le mécanisme 30, permettent un agencement compact respectant les dimensions conventionnelles de tels appareils. La manette 20 disposée en face avant permet une commande manuelle d'ouverture et de fermeture de l'appareil. La forme particulière du boîtier 12 permet un alignement d'une série d'appareils, les grandes faces latérales 72, 74 des appareils successifs étant accolées les unes aux autres. Le commutateur statique 56 est disposé dans un logement séparé facilement accessible de l'extérieur.
  • Dans le mode préféré de réalisation représenté sur les figures, le shuntage du commutateur 56 s'effectue par commutation de l'arc sur la corne 39, 70 de guidage de l'arc disposée à proximité de l'un 22 desdits contacts et conformée de façon que dès la séparation des contacts la distance entre la corne 70 et l'autre desdits contacts 24 soit inférieure à la distance de séparation des contacts 22, 24 pour éviter tout réamorçage de l'arc sur les contacts.
  • Comme représenté sur la figure 4,1'extrémité de la corne d'arc 39, séparée du contact fixe 22 par un faible intervalle 66, présente un bossage 70 en direction du contact mobile 24. Par rapport au plan passant par le point de contact de la paire de contacts 22, 24 et perpendiculaire à la direction de déplacement du contact mobile 24, le bossage 70 est décalé latéralement du contact fixe 22 en direction d'ouverture du contact mobile 24. Le bossage 70 est ainsi disposé avant le contact fixe 22 par rapport à la direction de fermeture du contact mobile à une distance de ce contact inférieure à la distance de séparation des contacts 22, 24, en cours d'ouverture ou en position ouvert. Dans le cas d'un réamorçage, ce dernier interviendra entre le contact mobile 24 et le bossage 70 et non entre les contacts 22, 24. On évite ainsi une remise en circuit du commutateur statique 56 avec des risques de destruction.

Claims (8)

1. Appareil de coupure de courant basse tension à boîtier modulaire (12) ayant une face avant (18), deux grandes faces latérales parallèles (72, 74), et deux petites faces latérales (76, 78), présentant chacune un décrochement (80) pour le logement d'une paire de bornes de puissance (38, 40) et d'au moins une borne de commande (59, 60), lesdits décrochements étant disposés à l'opposé de la face avant vers la partie arrière du boîtier, dans lequel boîtier (12) sont logés et connectés en série un commutateur statique (56) et une paire de contacts séparables (22, 24) actionnés par un mécanisme (30) ayant une manette (20) de commande, disposée sur ladite face avant (18) et un déclencheur (32) provoquant la séparation des contacts (22, 24) lors d'un défaut en protégeant le commutateur statique (56), caractérisé en ce que ledit boîtier (12) présente dans sa partie arrière un premier logement (68) délimité par une plaque (16) métallique externe formant le fond du boîtier et une cloison intermédiaire (14) de séparation d'un deuxième logement, et que le commutateur statique (56) est disposé dans ledit premier logement (68) au contact thermique de la plaque métallique (16), lesdits contacts séparables (22, 24) étant logés dans le deuxième logement.
2. Appareil de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de débattement de l'un (22) desdits contacts est parallèle auxdites petites faces latérales (76, 78) du boîtier (12) portant les bornes de connexion (38, 40; 59, 60).
3. Appareil de coupure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de coupure (26) disposée dans ledit deuxième logement, adjacent à la cloison intermédiaire (14), l'une des tôles d'extrémité de ladite chambre appartenant à un circuit de shuntage (39) du commutateur statique (56).
4. Appareil de coupure selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déclencheur comportant un déclencheur magnétique et un déclencheur thermique, le déclencheur magnétique (36) et le mécanisme (30) sont superposés entre la chambre de coupure (26) et la face avant (18) du boîtier (12) parallèlement aux petites faces latérales (76, 78) du boîtier, et le déclencheur thermique, tel qu'un bilame (34), est disposé dans un plan adjacent à cet empilage.
5. Appareil de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux bornes de puissances (38, 40) sont disposées sur l'une (76) des petites faces latérales du boîtier (12), les bornes de commande (59, 60) étant disposées sur lapetite face latérale opposée (78).
6. Appareil de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plaque métallique (16) présente sur les bords adjacents aux petites faces latérales (76, 78) des trous (84) de passage de vis de fixation d'un radiateur accolé à la face externe de la plaque et que lesdits épaulements (80) présentent des encoches (82) en regard desdits trous.
7. Appareil de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de shuntage (39, 62) du commutateur statique (56), mis en circuit par commutation de l'arc tiré lors de la séparation des contacts (22, 24) pour shunter et protéger le commutateur statique (56) d'un courant de défaut.
8. Appareil de coupure selon la revendication 7, caractérisé en ce que le shuntage du commutateur statique (56) s'effectue par commutation de l'arc sur une corne (39, 70) de guidage de l'arc disposée à proximité de l'un (22) desdits contacts et conformée de façon que dès la séparation des contacts la distance entre la corne (70) et l'autre desdits contacts (24) soit inférieure à la distance de séparation des contacts (22, 24) pour éviter tout réamorçage de l'arc sur les contacts.
EP87400333A 1986-02-28 1987-02-16 Appareil de coupure de courant à commutateur statique et disjoncteur de protection Expired - Lifetime EP0236202B1 (fr)

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FR8602967 1986-02-28

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