EP2085998B1 - Appareil électrique de coupure à connexion haute et basse - Google Patents

Appareil électrique de coupure à connexion haute et basse Download PDF

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EP2085998B1
EP2085998B1 EP09300004A EP09300004A EP2085998B1 EP 2085998 B1 EP2085998 B1 EP 2085998B1 EP 09300004 A EP09300004 A EP 09300004A EP 09300004 A EP09300004 A EP 09300004A EP 2085998 B1 EP2085998 B1 EP 2085998B1
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mobile
electronic circuit
contact
pcba
phase
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Denis Kuhn
Ghislain Measson
Christian Da Silva
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Hager Electro SAS
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Hager Electro SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
    • H01H83/22—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being imbalance of two or more currents or voltages
    • H01H83/226—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition the other condition being imbalance of two or more currents or voltages with differential transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/02—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents
    • H01H83/04—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by earth fault currents with testing means for indicating the ability of the switch or relay to function properly
    • H01H2083/045—Auxiliary switch opening testing circuit in synchronism with the main circuit

Definitions

  • the present invention relates to a breaker-type electrical breaking apparatus, placed on a neutral line and at least one phase line or on phase lines and comprising an electronic circuit providing at least one differential function.
  • the apparatus of the invention must be able to be connected indifferently from the top or from the bottom, that is to say that the user must be able to freely choose the side connected to the network. Connection habits differ from one country to another, even in the same country.
  • the various controls and tests carried out on the devices must then be able to be implemented under the same conditions for the two types of possible connections.
  • the dielectric test carried out between the phase and the neutral downstream of the apparatus that is to say the opposite side to the connection to the network: the devices must be provided to conform to it whatever the side downstream resulting from the chosen network connection.
  • This switch makes it possible to perform the second dielectric test implemented for this type of product, between the upstream and downstream and to prohibit the putting into potential of the downstream lines in case of pressing the test button.
  • test pushbutton is placed in series with a resistor, the assembly being connected in parallel with the electronic circuit.
  • This so-called test resistor is provided for calibrating the test current.
  • the additional switch is actuated by a contact carrier (s) supporting at least one movable contact.
  • This characteristic makes it possible in practice to dissociate the movement of the mobile contact (s) and that of the additional switch, so as not to interfere and in fact reduce the contact force. It is not necessary in any case that the function of disjunction is disturbed by this switch, and it is important in particular that has no influence on the closing of the circuit breaker.
  • the electronic circuit is supported by at least one printed circuit board.
  • This configuration is particularly advantageous in terms of manufacturing, allowing the implementation of the entire circuit in one operation, in the manner of a single component.
  • the switch consists of a flexible conductive rod whose one end is fixed and the other end, free, is driven to the closure of the movable contacts in contact with a conductive pin connected to the electronic circuit .
  • this may be at the opening of the moving contacts.
  • one of the ends of said flexible conductive rod can then be attached to the printed circuit board supporting the electronic circuit, the other end, free, being driven in contact with a pin conductor also attached to said plate, closing or opening of the movable contacts.
  • this rod can be driven by a carriage movable in translation, moved by the movable contact door against a return spring.
  • the electrical apparatus comprises a median wall separating the circuit breaker part of the electronic circuit, a window made in said wall then allowing the guiding of an outgrowth of the contact holder or the mobile carriage driving the flexible rod.
  • the window made in the wall can be closed permanently by the carriage, which closes the access between the sides respectively circuit breaker and electronic circuit, and reduces the potential impacts of a function on the other .
  • the figure 1 schematizes a phase (L) -neutral (N) differential circuit breaker whose differential function is provided by an electronic circuit (PCBA) supplied between phase and neutral, and on the terminals of which is placed a test pushbutton (1) connected in series with a resistance (2).
  • This electronic circuit (PCBA) comprises in particular a core (3) crossed by the phase line (L) and neutral (N) constituting the primary of a transformer whose secondary winding (4) delivers, in case of imbalance in primary currents, a signal processed by the electronic circuit (PCBA).
  • the disjunction function is provided in the traditional manner by pairs of fixed (5, 5 ') and movable (6, 6') contacts arranged respectively on the neutral (N) and phase (L) lines.
  • an additional switch (7) is arranged between the phase (L) and the supply of the electronic circuit (PCBA) on the phase side.
  • the figure 1 clearly shows the cross-feed, the electronic circuit (PCBA) being connected to the neutral (N) and the phase (L) respectively on one side and the other of the fixed (5, 5 ') and mobile contact pairs (6, 6 ').
  • PCBA electronic circuit
  • N neutral
  • L phase
  • the existence of the switch (7) avoids "burn" the electronic circuit when the test function is implemented by pressing the push button (1).
  • This configuration also protects the product during dielectric tests performed by installers.
  • the invention is implemented using a flexible conductive rod (8) fixed (for example by welding) on a printed circuit (9) supporting the electronic circuit (PCBA).
  • PCBA electronic circuit
  • the interior volume is divided in half by a median partition (10). Behind this partition (10) is a conventional circuit breaker, with its mechanical trigger lock (not visible), its control handle (11) and its respective magnetic and thermal trip motors (not visible).
  • the visible volume contains the electronic circuit (PCBA) as well as one of the connection devices (12) of the product.
  • the printed circuit supports a magnetic core (3) whose primary winding is constituted by the phase and neutral wires (N, L), and a electromagnet (13) for triggering the lock (located in the hidden volume devolved to the disjunction function) in case of imbalance of currents in the phase and the neutral.
  • the test button (1) also actuates a metal rod (14) in contact with a rigid conductor (15) protruding from the printed circuit (9).
  • a window (16) is formed in the medial wall (10).
  • a protrusion (17) of the contact holder is provided to move in said window (16). This protrusion (17), when it moves to the right with reference to this figure, drives the flexible rod (8) in contact with a conductive rigid portion (18) of the phase wire protruding from the printed circuit (9).
  • the figure 2 represents the switch (7) in the open position, that is to say that the flexible conductive rod (8) is not in contact with the conductive portion (18).
  • the movable contacts (6, 6 ') are in the open position of the contacts of the circuit breaker.
  • FIGS. 5 and 6 show a possible alternative to the configuration of Figures 2 to 4 , using a carriage (20) provided with a pin (21) actuating the flexible rod (8).
  • a spring (22) allows the carriage to return to the initial position when the movable contacts are in the open position.
  • the lock of the circuit breaker provides mechanical information to the flexible rod (8).
  • a wall (23) makes it possible to cooperate with a protrusion (17) in this atrophied hypothesis, protruding from the door contacts (19) inside. of the window (16).

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Description

  • La présente invention concerne un appareil électrique de coupure de type disjoncteur, placé sur une ligne neutre et au moins une ligne de phase ou sur des lignes de phases et comportant un circuit électronique assurant au moins une fonction différentielle. L'appareil de l'invention doit pouvoir être raccordé indifféremment par le haut ou par le bas, c'est-à-dire que l'utilisateur doit pouvoir choisir librement le côté connecté au réseau. Les habitudes de connexion diffèrent en effet d'un pays à l'autre, voire dans un même pays.
  • Les différents contrôles et tests effectués sur les appareils doivent alors pouvoir être mis en oeuvre dans les mêmes conditions pour les deux types de raccordements possibles. Ainsi en va t-il par exemple du test diélectrique réalisé entre phase et neutre en aval de l'appareil c'est à dire du côté opposé au raccordement au réseau : les appareils doivent être prévus pour s'y conformer quel que soit le côté aval résultant de la connexion réseau choisie.
  • Par ailleurs, pour un produit comportant une fonction différentielle sous la forme d'un circuit électronique alimenté entre phase et neutre ou entre deux phases, les normes internationales préconisent l'existence d'un bouton poussoir permettant de tester le circuit. Les normes en vigueur prévoient un appui prolongé pendant une durée définie sans production d'effets négatifs sur le circuit électronique. Ce bouton est connecté en parallèle au circuit électronique.
  • Dans une configuration classique raccordable d'un seul côté prévu à l'avance pour éviter tout risque de destruction, l'ensemble circuit électronique / bouton test est connecté en aval des contacts fixe et mobile par référence au côté d'alimentation. Le document " DE 34 12 273 A1 " décrit un appareil électrique de coupure de type disjoncteur selon le préambule de la revendication 1.
  • Pour des raisons économiques, notamment afin de ne développer qu'une gamme de produits disponibles pour les deux types de marché, l'intérêt d'un appareil raccordable par le haut et par le bas, c'est-à-dire indifféremment par les dispositifs de raccordement présents des deux côtés, est évident. C'est l'objet de la présente invention.
  • A cet effet, l'appareil électrique développé, les caractéristiques techniques de la revendication 1.
  • Le résultat est une alimentation croisée du circuit électronique, qui donne une certaine forme de symétrie dans l'optique d'une alimentation indifférenciée. Ce croisement répond par ailleurs aux différents problèmes posés ci-dessus, permettant notamment la réalisation d'un test diélectrique entre phase et neutre dans les deux hypothèses de raccordement et le maintien prolongé du bouton test fermé dans le cadre du test dudit circuit.
  • Ce commutateur permet de réaliser le second test diélectrique mis en oeuvre pour ce type de produit, entre l'amont et l'aval ainsi qu'à interdire la mise sous potentiel des lignes aval en cas d'appui sur le bouton test.
  • Son asservissement mécanique au déplacement des contacts, lui permettant de refléter la position d'ouverture ou de fermeture des contacts principaux du disjoncteur, est tel qu'il se ferme de préférence peu avant la fermeture de la serrure mécanique, et s'ouvre peu après cette dernière, de manière à éviter tout risque de disjonction par exemple dû à l'électroaimant du circuit électronique.
  • Le bouton poussoir de test est placé en série avec une résistance, l'ensemble étant connecté en parallèle au circuit électronique. Cette résistance dite de test est prévue pour calibrer le courant de test. Le fait que la résistance de test et le commutateur additionnel soient placés en série permet, lors d'un appui prolongé sur le bouton test, d'ouvrir le circuit d'alimentation du circuit électronique et le circuit aval, et donc de limiter la durée d'exposition de la résistance au courant de test. On limite en conséquence l'énergie qui traverse la résistance.
  • Le commutateur additionnel est actionné par un porte-contact(s) supportant au moins un contact mobile. Cette caractéristique permet en pratique de dissocier le déplacement du ou des contacts mobiles et celui du commutateur additionnel, afin de ne pas interférer et en réalité de diminuer l'effort de contact. Il ne faut en aucun cas que la fonction de disjonction soit perturbée par ce commutateur, et il importe en particulier qui n'ait aucune influence sur la fermeture du disjoncteur.
  • Conformément à une possibilité pratique, le circuit électronique est supporté par au moins une plaque à circuit imprimé. Cette configuration est notamment avantageuse sur le plan de la fabrication, autorisant l'implantation de la totalité de ce circuit en une opération, à la manière d'un composant unique.
  • Selon une première alternative, le commutateur est constitué d'une tige conductrice flexible dont l'une des extrémités est fixe et l'autre extrémité, libre, est entraînée à la fermeture des contacts mobiles au contact d'un picot conducteur relié au circuit électronique. Alternativement, cela peut être à l'ouverture des contacts mobiles.
  • Plus précisément, l'une des extrémités de ladite tige conductrice flexible peut alors être fixée à la plaque à circuit imprimé supportant circuit électronique, l'autre extrémité, libre, étant entraînée au contact d'un picot conducteur également fixée à ladite plaque, à la fermeture ou à l'ouverture des contacts mobiles.
  • Dans ces hypothèses, c'est l'extrémité libre de la tige conductrice qui est entraînée par une excroissance du porte-contact(s) mobile(s). Celle-ci est alors dimensionnée de telle sorte que la relaxation induite par les efforts dus à la tige flexible n'influencent pas la fermeture du commutateur additionnel.
  • Alternativement, cette tige peut être entraînée par un chariot mobile en translation, déplacé par le porte contacts mobiles à l'encontre d'un ressort de rappel.
  • Dans le cas où l'appareil électrique est bipolaire phase-neutre, il comporte une paroi médiane séparant la partie disjoncteur du circuit électronique, une fenêtre pratiquée dans ladite paroi permettant alors le guidage d'une excroissance du porte contacts ou du chariot mobile entraînant la tige flexible.
  • Dans l'hypothèse du chariot, la fenêtre pratiquée dans la paroi peut être obturée en permanence par le chariot, ce qui ferme l'accès entre les côtés respectivement disjoncteur et circuit électronique, et diminue les impacts potentiels d'une fonction sur l'autre.
  • A l'inverse, lorsque la tige flexible conductrice est directement entraînée par le porte-contacts mobile, plus précisément par une excroissance de celui-ci se déplaçant dans ladite fenêtre, une partie de la surface de celle-ci demeure ouverte, ce qui a un impact sur la fonction de disjonction. Une pollution peut de plus être générée du côté du volume dévolu à la fonction différentielle.
  • L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles :
    • la figure 1 est un schéma électrique simplifié de la configuration électrique de l'appareil selon l'invention ;
    • les figures 2 et 3 montrent, en vue perspective, une configuration de l'invention dans laquelle la tige flexible conductrice est actionnée par une excroissance du porte-contacts, respectivement en position d'ouverture et de fermeture du commutateur additionnel ;
    • la figure 4 représente, toujours en vue perspective, un porte contacts modifié à cet effet ;
    • la figure 5 montre une solution selon laquelle la tige flexible est entraînée par un chariot mobile en translation ;
    • la figure 6 représente un porte-contacts et un chariot pouvant coopérer dans la solution de la figure 5 ; et
    • La figure 7 montre une variante de la figure 1 dépourvue de la spire supplémentaire passant par le tore.
  • La figure 1 schématise un disjoncteur différentiel phase (L)-neutre (N) dont la fonction différentielle est assurée par un circuit électronique (PCBA) alimenté entre phase et neutre, et aux bornes duquel est placé un bouton poussoir test (1) connecté en série avec une résistance (2). Ce circuit électronique (PCBA) comprend notamment un tore (3) traversé par la ligne de phase (L) et de neutre (N) constituant le primaire d'un transformateur dont l'enroulement secondaire (4) délivre, en cas de déséquilibre dans les courants primaires, un signal traité par le circuit électronique (PCBA). La fonction de disjonction est assurée, de manière traditionnelle, par des paires de contacts fixes (5, 5') et mobiles (6, 6') disposés respectivement sur les lignes de neutre (N) et de phase (L). Selon l'invention, un commutateur additionnel (7) est disposé entre la phase (L) et l'alimentation du circuit électronique (PCBA) côté phase.
  • La figure 1 montre clairement l'alimentation croisée, le circuit électronique (PCBA) étant connecté au neutre (N) et à la phase (L) respectivement d'un côté et de l'autre des paires de contacts fixes (5, 5') et mobiles (6, 6'). Dans cette configuration, il est parfaitement possible d'alimenter le produit, à savoir en l'occurrence le disjoncteur différentiel phase-neutre, soit par le haut, soit par le bas. L'existence du commutateur (7) permet d'éviter de "brûler" le circuit électronique lorsque la fonction test est mise en oeuvre par appui sur le bouton poussoir (1).
  • Cette configuration permet également de protéger le produit lors des tests diélectriques effectués par les installateurs.
  • D'un point de vue pratique, selon une possibilité faisant notamment l'objet de la figure 2, l'invention est mise en oeuvre à l'aide d'une tige conductible flexible (8) fixée (par exemple par soudage), sur un circuit imprimé (9) supportant le circuit électronique (PCBA). Dans le disjoncteur différentiel montré en figure 2, dont le boîtier isolant extérieur (B) est montré partiellement découpé du côté du circuit électronique à des fins explicatives, le volume intérieur est divisé en deux par une cloison médiane (10). Derrière cette cloison (10) se trouve un disjoncteur classique, avec sa serrure mécanique de déclenchement (non visible), sa manette de commande (11) et ses moteurs de déclenchement respectivement magnétique et thermique (non visibles). Le volume visible contient le circuit électronique (PCBA) ainsi que l'un des dispositifs de raccordement (12) du produit.
  • Sans entrer dans les détails qui ne constituent pas l'invention proprement dite, le circuit imprimé supporte un tore magnétique (3) dont l'enroulement primaire est constitué par les fils de phase et de neutre (N, L), ainsi qu'un électroaimant (13) permettant de faire déclencher la serrure (située dans le volume caché dévolu à la fonction de disjonction) en cas de déséquilibre des courants dans la phase et le neutre. Le bouton test (1) actionne lui aussi une tige métallique (14) au contact d'un conducteur rigide (15) dépassant du circuit imprimé (9). Une fenêtre (16) est pratiquée dans la paroi médiane (10). Une excroissance (17) du porte contacts est prévue pour se déplacer dans ladite fenêtre (16). Cette excroissance (17), lorsqu'elle se déplace vers la droite en référence à cette figure, entraîne la tige flexible (8) au contact d'une portion rigide conductrice (18) du fil de phase dépassant du circuit imprimé (9).
  • La figure 2 représente le commutateur (7) en position ouverte, c'est-à-dire que la tige conductrice flexible (8) n'est pas au contact de la portion conductrice (18). Dans cette hypothèse, compte tenu de l'asservissement et de la correspondance qui existe entre la position des contacts mobiles et celle du commutateur (7), les contacts mobiles (6, 6') sont en position d'ouverture des contacts du disjoncteur.
  • En référence à la figure 3, ladite tige flexible (8) est repoussée par l'excroissance (17) du porte-contacts vers la portion de conducteur (18) : le commutateur (7) (voir figure 1) ainsi que les contacts mobiles sont en position de fermeture. La figure 4 donne un aperçu du porte contacts (19) équipant la serrure du produit, avec son excroissance (17) destinée à traverser la fenêtre (16) pour dépasser du côté du circuit imprimé (9) du circuit électronique (PCBA) et entraîner la tige flexible (8).
  • Les figures 5 et 6 montrent une alternative possible à la configuration des figures 2 à 4, utilisant un chariot (20) muni d'un tourillon (21) actionnant la tige flexible (8). Un ressort (22) permet le rappel du chariot en position initiale, lorsque les contacts mobiles sont en position d'ouverture.
  • L'avantage de cette configuration, par rapport à celle qui est proposée en figures 2 à 4, réside dans l'obturation permanente de la fenêtre (16), conduisant notamment à diminuer les inconvénients de l'ouverture au moment de la coupure dans l'espace disjoncteur, car elle évite la pollution de l'étage différentiel générée par ladite coupure, du fait des particules de carbone/métal vaporisées au cours de cette dernière.
  • Dans les deux cas, la serrure du disjoncteur fournit une information mécanique à la tige flexible (8). Comme cela est visible en figure 6, sur le côté du chariot (20) opposé à celui qui comporte le tourillon (21), un muret (23) permet de coopérer avec une excroissance (17) dans cette hypothèse atrophiée, dépassant du porte contacts (19) à l'intérieur de la fenêtre (16).
  • En référence à la figure 7, l'alimentation du circuit électronique (PCBA) est réalisée sans passer par le tore (3), comme c'est le cas dans la figure 1. Dans l'hypothèse de la figure 1, l'utilisation de cette spire supplémentaire vise à rééquilibrer le flux dans le tore (3) car l'alimentation du circuit (PCBA) crée un déséquilibre. La solution de la figure 7 rend cette caractéristique inutile.

Claims (8)

  1. Appareil électrique de coupure de type disjoncteur placé sur une ligne neutre (N) et au moins une ligne de phase (L) comportant :
    - un circuit électronique (PCBA) assurant au moins une fonction différentielle, alimenté entre la ligne neutre (N) et une ligne de phase (L) ou entre deux lignes de phases connecté du côté du contact mobile (6, 6') sur l'une des lignes, et du côté du contact fixe (5,5') sur l'autre ligne,
    - sur chaque ligne, deux dispositifs de raccordement et une paire de contacts respectivement fixe (5,5') et mobile (6,6');
    - une serrure mécanique de déclenchement comprenant un porte contacts mobiles et actionnée par un organe de manoeuvre;
    caractérisé en ce qu'un commutateur additionnel (7) est placé entre la connexion à la ligne de phase (L) et le circuit électronique (PCBA) dont la position d'ouverture / d'ouverture fermeture est asservie et correspond à la position des contacts mobiles (6,6'); le commutateur additionnel (7) est actionné par un porte-contact(s) supportant au moins un contact mobile (6,6').
  2. Appareil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un bouton poussoir de test (1) en série avec une résistance (2) sont connectés en parallèle au circuit électronique.
  3. Appareil électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électronique (PCBA) est supporté par au moins une plaque à circuit imprimé (9).
  4. Appareil électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur (7) est constitué d'une tige conductrice flexible (8) dont l'une des extrémités est fixe et l'autre extrémité, libre, est entraînée au contact d'un picot conducteur relié au circuit électronique (PCBA) à la fermeture ou à l'ouverture des contacts mobiles (6, 6').
  5. Appareil électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le commutateur (7) est constitué d'une tige conductrice flexible (8) dont l'une des extrémités est fixée à la plaque à circuit imprimé (9) supportant circuit électronique (PCBA) et l'autre extrémité, libre, est entraînée au contact d'un picot conducteur également fixée à ladite plaque, à la fermeture ou à l'ouverture des contacts mobiles (6,6').
  6. Appareil électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'extrémité libre de la tige conductrice (8) est entraînée par une excroissance (17) du porte-contact(s) mobiles.
  7. Appareil électrique selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'extrémité libre de la tige conductrice (8) est entraînée par un chariot mobile (20) en translation, déplacé par le porte-contact(s) mobiles à l'encontre d'un ressort de rappel (22).
  8. Appareil électrique phase-neutre selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte une paroi médiane (10) séparant la partie disjoncteur du circuit électronique, une fenêtre (16) pratiquée dans ladite paroi (10) permettant le guidage d'une excroissance (17) du porte-contact(s) ou du chariot mobile (20) entraînant la tige conductrice (8).
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