EP2750156A1 - Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif - Google Patents

Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif Download PDF

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EP2750156A1
EP2750156A1 EP12306687.0A EP12306687A EP2750156A1 EP 2750156 A1 EP2750156 A1 EP 2750156A1 EP 12306687 A EP12306687 A EP 12306687A EP 2750156 A1 EP2750156 A1 EP 2750156A1
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EP
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main
circuit
thermal actuator
contacts
actuator
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Withdrawn
Application number
EP12306687.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nikola Puh
Stéphane Eloy
David Weil
Sébastien Brossard
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Hager Electro SAS
Original Assignee
Hager Electro SAS
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Publication date
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    • 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
    • H01H71/1081—Modifications for selective or back-up protection; Correlation between feeder and branch circuit breaker
    • 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
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/42—Impedances connected with contacts
    • 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
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to an electrical circuit of a selective type of circuit breaker, the function of which is to ensure as much as possible the continuity of service in an electrical installation, in the event of a short circuit occurring downstream therein. It is therefore an electrical device disposed upstream of an installation preferably comprising several branches or lines themselves equipped with their own type circuit breaker protection devices, the upstream selective circuit breaker being provided to ensure the selectivity of said protective devices.
  • Selective circuit breakers are generally based on two parallel electrical circuits, a main circuit that is similar to the circuit integrated circuit to all circuit breakers, and therefore comprises a thermal actuator protecting the line against overloads and a magnetic actuator acting in case of a short circuit, these two actuators being provided to ultimately cause the opening of a movable contact for example using a mechanical lock.
  • the second circuit referred to as the secondary circuit, is designed to take over when the main circuit opens and comprises a secondary contact, a resistor intended to limit the fault current, and a secondary thermal actuator which acts on the main and secondary contacts. , via a lock in case of persistence of the fault which led to the opening of the main circuit.
  • the secondary circuit actually implements a predetermined time delay, leaving the breaker of the branch in default the ability to play its role without the other branches are concerned, and activating a second level of security if said circuit breaker does not work.
  • circuit breakers In selective circuit breakers that are commercialized to date, parallel electrical circuit solutions are implemented in several ways.
  • circuit breakers in which, when a fault occurs on a line, the main circuit actuators trigger a main lock which opens the contacts, a third circuit, powered by the neutral line, coming to reset the main lock after disappearance of the defect, after a predetermined duration. If the fault persists, the thermal actuator of the secondary circuit permanently cuts the three circuits via a secondary lock, and the selective circuit breaker can only be reset manually.
  • the contact of the main circuit is a normally closed contact which is kept temporarily open via the magnetic function in the event of a short circuit. The current then flows only into the secondary circuit. If the fault persists, the thermal actuator of the secondary circuit triggers a single lock which permanently cuts the protected line.
  • the first solution is dependent on the neutral, and therefore, it is more sensitive to the quality of the wiring. Moreover, it requires a reset coil, in order to reset the main lock after disappearance of the defect.
  • the main thermal actuator in the event that the main thermal actuator is located outside the secondary branch, it is subjected to the short-circuit current until full opening of the main contact by extinction of the arc.
  • the bimetallic which acts as main thermal actuator is therefore not preserved, under extreme conditions of current that obelient its ability to operate properly over a long period, these conditions also limiting the choice of materials for its constitution.
  • the present invention overcomes these problems, and proposes a simple solution, in particular based on a single mechanical lock, and whose electrical design results in preserving the bimetallic strip forming the main thermal actuator in the event of a short-circuit, thereby corollating a selection less rigorous possible materials for said bimetal.
  • the electronic circuit of the selective circuit breaker of the invention conventionally comprising in parallel a main branch provided with a pair of fixed and movable contacts and a secondary branch comprising in series a resistor, a secondary thermal actuator and a pair of secondary contacts, also comprises a main magnetic actuator and a main thermal actuator connected to the line to be protected outside the two branches, is mainly characterized in that an arc conduction plate is placed so that one of its ends is at the level of the pair of main contacts to derive the arc created in case of opening of said main contacts, and the other end is connected upstream of the main thermal actuator.
  • the main thermal actuator is a bimetallic strip.
  • the main magnetic actuator is a coil actuator and movable magnetic core, the latter can exert mechanical energy to change the state of the contacts.
  • the secondary thermal actuator is preferably a bimetallic strip.
  • the complete electrical circuit of the invention is shown, placed on a phase.
  • the main circuit or main branch (1) is shown in bold, while the secondary circuit or secondary branch (2) is shown in thinner line.
  • said main circuit (1) merges with the main line protected by the protection device.
  • a main coil (3) and a main bimetallic strip (4) In the upstream part of the main line are a main coil (3) and a main bimetallic strip (4), at least partially constituting the magnetic and thermal actuators.
  • Mechanical energy transfers are shown in the various figures by dashed lines, to a component pointed by the terminal arrow.
  • the main coil (3) is connected to the main movable contact (5) by a mechanical link capable of temporarily exerting, and under certain conditions, an action on the main movable contact (5) in order to move it away from the main fixed contact (6), as shown in figure 1 , which therefore represents the open line.
  • the main bimetallic strip (4) is itself able to exert a mechanical action on a single mechanical lock (7) allowing the opening of the main contact (5).
  • This mechanical lock (7) is also actuable by a secondary bimetallic strip (9), connected in series in the secondary branch (2).
  • the latter finally comprises a resistor (10) also connected in series with the secondary contact (8) and the secondary bimetallic strip (9).
  • this circuit further comprises an arc conduction plate (11) whose free end is located at the level of the main movable (5) and fixed (6) main contact pair, respectively. where they are separated from each other, where arises the electric arc that is created when the movable contact (5) away from the fixed contact (6), the arc is then blown to said sheet of conduction (11).
  • the other end of the arc conduction plate (11) is connected to the main line between the main coil (3) and bimetallic strip (4).
  • the arc (12) then moves in the direction of the end of the arc conduction plate (11) and eventually develops between the stationary contact (6) and the end of said conduction plate. arc (11), as illustrated in figure 3 .
  • the path of the current always illustrated by the arrows, changes, now passing through the arc conduction plate (11) to the main coil (3), and thus avoiding the main bimetal ( 4).
  • the value chosen for said resistor (10), having an effect on the current values in the secondary branch (2), makes it possible to set in advance the triggering time of the mechanical lock (7) via the bimetallic strip (9).
  • the short-circuit current limited by said resistor (10), however, is high enough that the magnetic actuator, of which the coil (3) is part, maintains the main movable contact (5) away from the main fixed contact.
  • the circuit breaker located downstream of the main circuit breaker of the invention, and which manages the branch in which appeared the short circuit, must trip, which stops the current of the short circuit in the circuit shown, and allows the closure of the main line, the movable contact (5) returning bearing against the fixed contact (6) in the absence of reverse bias by the main coil (3).
  • the bimetallic strip (9) of the circuit of the secondary branch (2) actuates the mechanical lock (7) and causes the selective main circuit breaker to trip. All circuits or power lines located downstream are then cut off.

Landscapes

  • Breakers (AREA)

Abstract

Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif placé sur une ligne à protéger, comportant en parallèle une branche principale (1) dotée d'une paire de contacts fixe (6) et mobile (5) et une branche secondaire (2) comportant en série une résistance (10), un actionneur thermique secondaire (9) et une paire de contacts secondaires (8), un actionneur magnétique principal (3) et un actionneur thermique principal (4) étant par ailleurs raccordés sur la ligne à protéger en dehors des deux branches (1, 2).
Ce circuit est caractérisé en ce qu'une tôle de conduction d'arc (11) est placée de sorte qu'une de ses extrémités soit au niveau de la paire de contacts principaux (5, 6) pour dériver l'arc (12) créé en cas d'ouverture desdits contacts principaux (5, 6), et l'autre extrémité est raccordée en amont de l'actionneur thermique principal (4).

Description

  • La présente invention a trait à un circuit électrique d'un disjoncteur de type sélectif, dont la fonction est d'assurer autant que possible la continuité de service dans une installation électrique, en cas de court-circuit survenant en aval dans celle-ci. Il s'agit par conséquent d'un appareil électrique disposé en amont d'une installation comportant de préférence plusieurs branches ou lignes elles-mêmes équipées de leurs propres appareils de protection de type disjoncteur, le disjoncteur sélectif amont étant prévu pour garantir la sélectivité desdits appareils de protection.
  • Il permet en somme de protéger sélectivement le circuit sans déclencher le fonctionnement des autres appareils de protection. La sélectivité s'applique en pratique si un défaut survient en un point quelconque de l'installation, c'est-à-dire dans l'une des différentes branches dont il a été fait état. En théorie, ce défaut est éliminé par l'appareil de protection placé immédiatement en amont du défaut, et lui seul. Le disjoncteur sélectif placé plus en amont agit le cas échéant dans un deuxième temps, si l'appareil de protection placé dans la branche dans laquelle survient le défaut ne remplit pas sa fonction. L'inconvénient est que, dans ce cas, la totalité des branches peuvent se trouvent coupées du réseau, et que les charges électriques fonctionnelles qu'elles incluent ne peuvent plus fonctionner.
  • Les disjoncteurs sélectifs sont en général basés sur deux circuits électriques en parallèle, un circuit principal qui s'apparente au circuit électrique intégré à tous les disjoncteurs, et comporte par conséquent un actionneur thermique protégeant la ligne contre les surcharges et un actionneur magnétique qui agit en cas de court-circuit, ces deux actionneurs étant prévus pour provoquer in fine l'ouverture d'un contact mobile, par exemple à l'aide d'une serrure mécanique.
  • Le second circuit, dénommé circuit secondaire, est prévu pour prendre le relais à l'ouverture du circuit principal et comporte un contact secondaire, une résistance destinée à limiter le courant de défaut, et un actionneur thermique secondaire qui agit sur les contacts principaux et secondaires, par l'intermédiaire d'une serrure en cas de persistance du défaut qui a conduit à l'ouverture du circuit principal. Le circuit secondaire met en fait en oeuvre une temporisation prédéterminée, laissant au disjoncteur de la branche en défaut la possibilité de jouer son rôle sans que les autres branches ne soient concernées, et activant un second niveau de sécurité si ledit disjoncteur ne fonctionne pas.
  • Dans les disjoncteurs sélectifs qui sont commercialisés à ce jour, les solutions à circuits électriques en parallèle sont mises en application de plusieurs manières. Ainsi, on trouve par exemple des disjoncteurs dans lesquels, lorsque survient un défaut sur une ligne, les actionneurs du circuit principal déclenchent une serrure principale qui ouvre les contacts, un troisième circuit, alimenté par la ligne de neutre, venant réarmer la serrure principale après disparition du défaut, après une durée prédéterminée. Si le défaut persiste, l'actionneur thermique du circuit secondaire coupe définitivement les trois circuits via une serrure secondaire, et le disjoncteur sélectif ne peut alors être réarmé que manuellement.
  • Selon une autre solution existante, le contact du circuit principal est un contact normalement fermé qui est maintenu temporairement ouvert via la fonction magnétique en cas de court-circuit. Le courant passe alors uniquement dans le circuit secondaire. Si le défaut persiste, l'actionneur thermique du circuit secondaire déclenche une serrure unique qui coupe définitivement la ligne protégée.
  • La première solution est dépendante du neutre, et par conséquent, elle est plus sensible à la qualité du câblage. Par ailleurs, elle nécessite une bobine de réarmement, en vue de réarmer la serrure principale après disparition du défaut. Dans la seconde solution, dans l'hypothèse où l'actionneur thermique principal est situé hors de la branche secondaire, il est soumis au courant de court-circuit jusqu'à ouverture totale du contact principal par extinction de l'arc. Le bilame qui fait office d'actionneur thermique principal n'est dès lors pas préservé, subissant des conditions extrêmes de courant qui obèrent ses possibilités de fonctionnement correct sur une longue durée, ces conditions limitant par ailleurs le choix des matériaux propres à sa constitution.
  • La présente invention remédie à ces problèmes, et propose une solution simple, notamment basée sur une seule serrure mécanique, et dont la conception électrique aboutit à préserver le bilame formant l'actionneur thermique principal en cas de court-circuit, permettant corollairement une sélection moins rigoureuse des matériaux possibles pour ledit bilame.
  • A cet effet, le circuit électronique du disjoncteur sélectif de l'invention, comportant classiquement en parallèle une branche principale dotée d'une paire de contacts fixe et mobile et une branche secondaire comportant en série une résistance, un actionneur thermique secondaire et une paire de contacts secondaires, comporte également un actionneur magnétique principal et un actionneur thermique principal raccordés sur la ligne à protéger en dehors des deux branches, se caractérise à titre principal en ce qu'une tôle de conduction d'arc est placée de sorte qu'une de ses extrémités soit au niveau de la paire de contacts principaux pour dériver l'arc créé en cas d'ouverture desdits contacts principaux, et l'autre extrémité est raccordée en amont de l'actionneur thermique principal.
  • Il n'existe donc pas de bobine de réarmement pour assurer la continuité du service, ce qui constitue un argument économique indéniable. Par ailleurs, les deux circuits en parallèle sont développés sur chaque ligne de phase, et sont donc indépendants du sort de la ligne de neutre, quels que soient les défauts qui peuvent l'affecter. Sur un plan technique, cette caractéristique améliore la fiabilité de l'ensemble car l'actionneur thermique n'est pratiquement plus soumis à des conditions extrêmes : l'existence de la tôle de conduction d'arc et son positionnement par rapport au contact principal permettent de shunter le bilame principal pendant la coupure, permettant le choix d'un bilame plus résistif améliorant la robustesse de la fonction thermique.
  • En effet, de préférence, selon l'invention, l'actionneur thermique principal est un bilame. Toujours selon une conception classique préférentielle, l'actionneur magnétique principal est un actionneur à bobine et noyau magnétique mobile, ce dernier pouvant exercer une énergie mécanique visant à modifier l'état des contacts. Enfin, comme dans le circuit principal, l'actionneur thermique secondaire est de préférence un bilame.
  • L'invention va à présent être décrite en référence aux figures annexées, pour lesquelles :
    • la figure 1 représente le circuit électrique de l'invention ;
    • la figure 2 montre le comportement dudit circuit en cas d'occurrence d'un court-circuit dans le circuit protégé en aval ;
    • la figure 3 représente le trajet du courant lorsque l'arc électrique issu de l'ouverture du contact principal se déplace sur la tôle de conduction d'arc ; et
    • la figure 4 illustre le passage du courant dans sa dernière phase, via la branche secondaire réalisant la temporisation.
  • En référence à la figure 1, le circuit électrique complet de l'invention est montré, placé sur une phase. Le circuit principal ou branche principale (1) est figuré(e) en gras, alors que le circuit secondaire ou branche secondaire (2) est figuré(e) en trait plus fin. En réalité, ledit circuit principal (1) se confond avec la ligne principale protégée par l'appareil de protection. Dans la partie amont de la ligne principale se trouvent une bobine principale (3) et un bilame principal (4), constituant au moins partiellement les actionneurs magnétiques et thermiques. Les transferts d'énergie mécanique sont représentés sur les différentes figures par des lignes en traits pointillés, à destination d'un composant pointé par la flèche terminale. Ainsi, la bobine principale (3) est reliée au contact mobile principal (5) par une liaison mécanique susceptible d'exercer temporairement, et sous certaines conditions, une action sur le contact mobile principal (5) en vue de le déplacer à distance du contact fixe principal (6), comme montré en figure 1, qui représente par conséquent la ligne ouverte. Le bilame principal (4) est quant à lui susceptible d'exercer une action mécanique sur une serrure (7) mécanique unique permettant l'ouverture du contact principal (5). Cette serrure mécanique (7) est également actionnable par un bilame secondaire (9), raccordé en série dans la branche secondaire (2). Cette dernière comporte enfin une résistance (10) également raccordée en série avec le contact secondaire (8) et le bilame secondaire (9). Ces trois composants constituent par conséquent la branche secondaire (2).
  • Selon l'invention, ce circuit comporte en outre une tôle de conduction d'arc (11) dont l'extrémité libre se situe au niveau de la paire de contacts principaux respectivement mobile (5) et fixe (6), à l'endroit où ils s'écartent l'un de l'autre, là où naît l'arc électrique qui se crée lorsque le contact mobile (5) s'écarte du contact fixe (6), l'arc étant ensuite soufflé vers ladite tôle de conduction (11). L'autre extrémité de la tôle de conduction d'arc (11) est connectée à la ligne principale entre la bobine (3) et le bilame (4) principaux.
  • Dans l'hypothèse de l'occurrence d'un court-circuit, comme cela est figuré schématiquement par l'éclair apparaissant en partie droite des figures 2 à 4, le champ magnétique généré dans la bobine (3) principale aboutit à ouvrir le commutateur principal, c'est-à-dire à écarter le contact mobile (5) du contact fixe (6) dans la ligne principale (1). Un arc électrique (12) se crée entre lesdits contacts (5, 6) et le courant de court-circuit continue par conséquent d'emprunter dans un premier temps la branche principale (1) et donc les actionneurs principaux thermiques (4) et magnétiques (3), comme représenté en figure 2. Ce courant, figuré par les flèches de même couleur que l'éclair illustrant le court-circuit, parcourt la ligne principale avant l'ouverture du contact principal et lorsque l'arc électrique (12) est dans la position montrée en figure 2. L'arc (12) se déplace ensuite dans la direction de l'extrémité de la tôle de conduction d'arc (11) et finit par se développer entre le contact fixe (6) et l'extrémité de ladite tôle de conduction d'arc (11), comme cela est illustré en figure 3. Dans ce cas, le trajet du courant, toujours illustré par les flèches, se modifie, passant à présent par la tôle de conduction d'arc (11) à destination de la bobine principale (3), et évitant dès lors le bilame principal (4).
  • Lorsque l'arc est éteint, comme cela est représenté en figure 4, le courant suit la branche secondaire (2), la résistance (10) limitant sa valeur.
  • Il est à noter que la valeur choisie pour ladite résistance (10), ayant un effet sur les valeurs de courants dans la branche secondaire (2), permet de régler à l'avance le temps de déclenchement de la serrure mécanique (7) via le bilame (9). Le courant du court-circuit limité par ladite résistance (10) est cependant suffisamment élevé pour que l'actionneur magnétique, dont fait partie la bobine (3), maintienne le contact mobile principal (5) à distance du contact fixe principal.
  • En principe, le disjoncteur situé en aval du disjoncteur principal de l'invention, et qui gère la branche dans laquelle est apparu le court-circuit, doit disjoncter, ce qui stoppe le courant du court-circuit dans le circuit représenté, et permet la fermeture de la ligne principale, le contact mobile (5) revenant en appui contre le contact fixe (6) en l'absence de sollicitation inverse par la bobine principale (3).
  • Dans l'hypothèse inverse où le disjoncteur situé en aval ne remplit pas sa fonction, le bilame (9) du circuit de la branche secondaire (2) actionne la serrure mécanique (7) et fait disjoncter le disjoncteur principal sélectif. Tous les circuits ou lignes électriques situé(e)s en aval sont alors coupé(e)s.

Claims (4)

  1. Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif placé sur une ligne à protéger, comportant en parallèle une branche principale (1) dotée d'une paire de contacts fixe (6) et mobile (5) et une branche secondaire (2) comportant en série une résistance (10), un actionneur thermique secondaire (9) et une paire de contacts secondaires (8), un actionneur magnétique principal (3) et un actionneur thermique principal (4) étant par ailleurs raccordés sur la ligne à protéger en dehors des deux branches (1, 2), caractérisé en ce qu'une tôle de conduction d'arc (11) est placée de sorte qu'une de ses extrémités soit au niveau de la paire de contacts principaux (5, 6) pour dériver l'arc (12) créé en cas d'ouverture desdits contacts principaux (5, 6), et l'autre extrémité est raccordée en amont de l'actionneur thermique principal (4).
  2. Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'actionneur thermique principal (4) est un bilame.
  3. Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur magnétique principal (3) est un actionneur à bobine et noyau magnétique mobile.
  4. Circuit électrique d'un disjoncteur sélectif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur thermique secondaire (9) est un bilame.
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