EP3011579B1 - Organe hybride de coupure pour circuit electrique - Google Patents

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EP3011579B1
EP3011579B1 EP14733251.4A EP14733251A EP3011579B1 EP 3011579 B1 EP3011579 B1 EP 3011579B1 EP 14733251 A EP14733251 A EP 14733251A EP 3011579 B1 EP3011579 B1 EP 3011579B1
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hybrid
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circuit
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Safran Helicopter Engines SAS
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Definitions

  • the invention is in the field of electrical equipment, especially equipment for high voltage and direct current electrical networks (HVDC networks for "High Voltage Direct Current”), such as those found on board aircraft such as planes or helicopters or also for AC power grids. It is more specifically interested in switching and / or switching devices, which often have a protection function of a circuit (circuit breakers). These devices can be used with modulated DC or DC (PWM) or alternating current.
  • HVDC networks for "High Voltage Direct Current”
  • PWM modulated DC or DC
  • SSPCs solid state power controllers
  • These components sometimes replace conventional electromechanical devices, and are based on a structure of semiconductor materials. They are much faster than electromechanical devices, since they are able to cut off or turn on the power in a few microseconds, as opposed to a few milliseconds. Moreover, the absence of contact materials and arcing means less wear. Finally, they have finer electrical functions, such as the respect of tripping curves as a function of the evolution of the current in the circuit to be protected or the regulation of the voltage or current. And naturally, they are lighter, which is a major issue in the aeronautics field, and consume less energy, which is also a considerable advantage. Even though their on-state resistance is sometimes quite high, there are semiconductor materials, such as SiC which have a lower resistance and are therefore potentially compatible with the voltages present on the primary circuits.
  • WO97 / 34311 discloses a hybrid cutoff member according to the preamble of claim 1.
  • a hybrid electrical circuit breaking device comprising a static breaking component and an electromechanical breaking component, the static component being fixed on a support carrying electrical contacts for the static component, said carrier being configured to move, upon receipt of a cut-off command, so as to remove its two electrical contacts from their respective pins, thereby forming said electromechanical breaking component.
  • Such a member is particularly easy to integrate in a circuit, and its two components, static and electromechanical, can be controlled in a common, centralized manner. It makes it possible to do without fuse and thus to gain impedance, to program cut-off sequences adapted to the risk situations encountered, and even to manage circuit and network reconfigurations, to overcome faults, for example.
  • the support is configured to move in rotation, which makes it possible to design a compact member that is not very sensitive to external conditions, in particular inclination.
  • the support is configured to move in translation, which allows to design a member that can cut large currents without the wear of the contacts prevents its proper operation.
  • the system may further comprise an electric arc extinguishing system, possibly based on a magnet-polarized breaking chamber, and optionally using a high dielectric strength gas or a quenching in a vacuum.
  • an electric arc extinguishing system possibly based on a magnet-polarized breaking chamber, and optionally using a high dielectric strength gas or a quenching in a vacuum.
  • the static component be configured (or controlled) to cut nominal currents or low currents the electromechanical breaking component being configured (or commanded) to cut short circuit or overload currents and ensure galvanic isolation .
  • the invention also relates to a direct current or alternating current electrical circuit comprising a cut-off device as evoked.
  • the movement of the support is between two contact positions corresponding to two different configurations of the circuit.
  • the invention also relates to a DC or AC electrical network for aircraft comprising an electrical circuit as evoked, the cut-off device being placed in the primary circuit of the network, or in a secondary circuit of the network.
  • an aeronautical electrical network architecture is represented. It involves a generator 10 supplying an AC voltage at 230 V, and a main circuit breaker 20 protecting the downstream of the circuit, first of all an AC / DC converter 30. This converter converts the AC voltage into a DC voltage, for example at 270 V. This is then distributed to three parallel circuits for the supply of three loads 51, 52 and 53. These charges are each protected by a static component type breaking member 41, 42 and 43, and by a fuse 46, 47 and 48, placed in series with the breaking member 41, 42 and 43.
  • Such an architecture is based on a normal operation in which it is the static component that protects the loads, but provides that the fuse allows isolation in case of failure of the static component in order to isolate the fault (load) from the rest of the power grid.
  • Such an architecture has the advantage of having an integrated design, because the fuse can be placed on the printed circuit of the static component, but it implies an increase of the line impedance because of the resistance of the fuse, as well as a risk of tripping slow or inoperative if the short-circuit current is close to the rated current. What's more, if the fuse is to go into action, it it is necessary that an intervention is then carried out to put the circuit back into operation, by replacing the fuse.
  • the invention is presented in connection with the electrical network of the figure 1 , which is DC, but it also applies to an AC power grid.
  • figure 2 there is shown an integrated cutoff member 100 as mentioned in connection with the figure 1 but which solves the difficulties mentioned above.
  • a static component 101 is placed on a rectangular plane support 110 having at its two ends electrical contacts 111 and 112 allowing the passage of an electric current through the static component 101.
  • These contacts 111 and 112 are insertable into two pins 121 and 122 upstream and downstream of the electrical circuit in which the cutoff member is to be inserted. These pins provide the function of electrical contact, but the insertion of the contacts 111 and 112 is reversible, the static component and its support, which constitute the integrated cut-off member 100, thus being plug-in or withdrawable into the electrical circuit.
  • Static component 101 is generally a semiconductor switching component, such as a transistor, a metal-oxide gate field effect transistor (MOSFET) component, an IGBT (insulated gate bipolar transistor), and is preferably encapsulated for its protection.
  • MOSFET metal-oxide gate field effect transistor
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • An actuator 130 for example an electromagnet, makes it possible to rotate the support 110 around its central point, in its plane, in one direction or the other, thus causing the static component to be plugged in or removed.
  • the actuator 130 receives a control command as a function of the measured current or voltage.
  • Two electrical poles 141 and 142 positioned relative to the pins 121 and 122 at an angle of 90 ° about the axis of rotation can accommodate the electrical contacts 111 and 112 after a 90 ° rotation of the static component and, if these poles are connected to a circuit, to perform a circuit switching, as will be discussed in connection with Figure 8.
  • breaking chambers 151, 152, 153 and 154 comprising for example cutting fins, and a gas mixture promoting the extinction of electric arcs, such as dinitrogen (N2).
  • a system employing a gas with high dielectric strength or a quenching in vacuum can also be used.
  • Polarization is represented in figure 3 , Where the magnetic field was figured that is perpendicular to the support plane 110 of the static component 101, that is to say also perpendicular to the plane of rotation. Precisely a magnetic field B1 has been shown in the breaking chamber 151 between the poles 121 and 142, and a magnetic field B2 in the breaking chamber 153 between the poles 141 and 122. The fields B1 and B2 are in the opposite direction. the other. The electric current arrives as for him by the contact 121, as indicated by the arrows i1 and i2.
  • This figure also shows the movement of the support 110 during the opening of the electromechanical part of the cut-off member.
  • the contact 111 moves from the pole 121 to the pole 142 and the contact 112 moves from the pole 122 to the pole 141.
  • Electric arcs appear between the contact 111 and the pole 121 and between the contact 112 and the pole 122. These arcs are blown and broken in the breaking chambers 151 and 153, thanks to the polarization thereof, as well as the metal fins fragmentation.
  • the arrows 161 and 162 show the direction and the orientation of the blowing of the two electric arcs, or towards the outside of the device.
  • a current is obtained which therefore decreases rapidly, to disappear, in the event that the static component 101 is not actuated, in the space of a millisecond.
  • the invention proposes to actuate the static component 101 after, for example, 100 or 400 ⁇ s, depending on the electrical power involved.
  • Such a sequence makes it possible to dissipate some of the electrical energy in the electric arc. without creating strong erosion of the electrical contacts 121, 111, 122 and 112. It also allows to dimension the static component 101 only to cut currents of limited intensity, which keeps a compact device.
  • the overall cut-off time is short compared to a conventional electromechanical organ, since a factor of 10 can be obtained between the break times usually obtained with conventional electromechanical devices and the hybrid devices presented here and using the evoked sequence.
  • the same integrated cut-off organ 100 presented in figure 2 can also be used to cut nominal currents or very low currents.
  • the control of the device is done in an inverted sequence, because for such currents, the breaking chamber would be inefficient and the cut-off time would be long. So, the command starts by activating the component static 101, then activates the electromechanical part of the system, to ensure the physical sectioning of the electrical circuit.
  • the static component 101 makes it possible to obtain a very short cut-off time. It does not need to be dimensioned too cumbersome, since only weak currents to cut are concerned.
  • the figure 4 presents an aeronautical electrical circuit in which the cut-off device 100 is inserted.
  • the fuse + static component pairs 41, 46 on the one hand, 42, 47 on the other hand and finally 43, 48 are respectively replaced by hybrid cut-off devices 100.
  • the fact that they are plug-in or withdrawable is represented by double arrows.
  • the first of the hybrid switching devices is shown in the switched position, since the contacts are cut off and the support is tilted by 90 °.
  • the hybrid breaking member 100 presented above is based on a support 110 rotating about an axis. It has the advantage that it can be compactly designed and operate reliably under many conditions and orientations.
  • FIG 5 another embodiment of the invention is presented, based this time on a support 510 in translation. It is a hybrid breaking device 500.
  • a static component 501 is placed on a support 510 rectangular plane having at its two ends electrical contacts 511 and 512 for the passage of an electric current through the static component 501. Its connections 511 and 512 are electrically contacted with connections 521 and 522 upstream and downstream of the electrical circuit in which the cutoff member is to be inserted. The insertion of the contacts 111 and 112 is reversible.
  • An actuator 530 for example an electromagnet, makes it possible to translate the support 510 perpendicular to the line of the connections 521 and 522, ie also perpendicularly to the line of the contacts 511 and 512, causing the electrical connection or disconnection of the component static.
  • the actuator receives a control command as a function of the current and / or the measured voltage.
  • of the springs 531 and 532 make it possible to make the opening and closing of the electromechanical elastic system to avoid bouncing of the electrical contacts, which could have the disadvantage of creating secondary arcs.
  • the device is preferably positioned vertically, that is to say with the succession spring 531, support 510, spring 532 from top to bottom.
  • Two electrical poles 541 and 542 positioned relative to the pins 521 and 522 at a distance parallel to the axis of translation can accommodate the electrical contacts 511 and 512 after a translation of the static component and its support and, if these poles are connected to a circuit, to perform circuit switching, as will be discussed in connection with the figure 7 .
  • breaking chambers 551 and 552 comprising for example cutting fins, and a gas mixture promoting the extinction of electric arcs.
  • the arcing blowing system is similar to that previously described.
  • This embodiment based on a system in translation is particularly interesting for the breaking of high currents, because in the event of degradation of the surface of the contacts and poles 511, 512, 521, 522, 541 and 542, the contact function will always be assured and the translation always possible.
  • the system is particularly robust even for high powers.
  • FIG 6 an exemplary circuit reconfiguration using cutoff member 500 is shown. Most elements of the circuit of the circuit are recognized again. figure 1 , but the fusible couples + static component 41, 46 on the one hand, 42, 47 on the other hand and finally 43, 48 are respectively replaced by hybrid cutoff devices 500.
  • the reconfiguration presented is carried out in the event of a failure of the control member controlling the cut-off device protecting the load 51 (failure represented by a flash).
  • the cutoff member is then removed, using the electromechanical function of the organ. If the load 51 is a priority system which must be assumed continuity of service, which is not the case of the load 52, then one chooses to use the cutter protecting the load 52 to feed and protect the load 51. This passes through a translation of the load breaking member 52 of the poles 521 and 522 which are placed to bring the current to the load 52, the poles 541 and 542 which are placed to bring, in relief, the current at charge 51.
  • FIG 7 another example of circuit reconfiguration is shown, very similar to that of the figure 6 , but using the hybrid cutoff member 100, based on a rotation.
  • the load 51 is considered a priority, but its breaker is out of order. It is removed by rotating it, then the cutting member supplying the load 52 is also rotated, so that it is no longer in contact with the poles 121 and 122 placed for supplying the load 52, but with poles 141 and 142 placed to supply the load 51 with relief.
  • the invention is not limited to the embodiments presented. In particular, it is not absolutely essential, to apply the principles of the invention to move the two contacts of the support carrying the static breaking component.
  • a system with a rotation about an axis placed at one of the two contacts can also fulfill the functions mentioned, with three poles instead of four.

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Description

    Contexte technique
  • L'invention s'inscrit dans le domaine des équipements électriques, notamment les équipements pour réseaux électriques à courant continu et tensions élevées (réseaux HVDC pour « High Voltage Direct Current»), tels que ceux que l'on trouve à bord des aéronefs comme les avions ou les hélicoptères ou aussi pour réseaux électriques à courant alternatif. Elle s'intéresse plus précisément à des organes de coupure et/ou de commutation, qui ont souvent une fonction de protection d'un circuit (disjoncteurs). Ces organes peuvent être utilisés avec du courant continu ou continu modulé (MLI pour modulation de largeur d'impulsion) ou du courant alternatif.
  • Dans ce domaine, on connait des organes électromécaniques de coupure et commutation de type contacteur ou disjoncteur. Ces organes sont relativement lents, et de plus ils s'usent par érosion du fait de la formation d'arcs électriques au niveau des contacts lors de l'ouverture du circuit électrique.
  • On connaît aussi des contacteurs et disjoncteurs statiques appelés contrôleurs de puissance à l'état solide («Solid State Power Controller» ou SSPC). Ces composants remplacent parfois les organes électromécaniques classiques, et sont basés sur une structure de matériaux semi-conducteurs. Ils sont beaucoup plus rapides que les organes électromécaniques, puisqu'ils sont en en mesure de couper ou établir le courant en quelques microsecondes, contre quelques millisecondes. Qui plus est, l'absence de matériaux de contact et de formation d'arc électrique implique une usure moins rapide. Enfin, ils ont des fonctions électriques plus fines, comme le respect de courbes de déclenchement en fonction de l'évolution du courant dans le circuit à protéger ou la régulation de la tension ou du courant. Et naturellement, ils sont moins lourds, ce qui est un enjeu majeur dans le domaine aéronautique, et consomment moins d'énergie, ce qui est également un avantage considérable. Même si leur résistance à l'état passant est parfois assez élevée, il existe des matériaux semi-conducteurs, tels le SiC qui ont une résistance plus faible et qui sont donc potentiellement compatibles avec les tensions présentes sur les circuits primaires.
  • Malheureusement, les composants statiques n'ont guère de propriétés d'isolation galvanique, ce qui pose un problème dans les circuits à forte tension, et également dans les circuits à forte intensité de courant. Actuellement, ils sont donc cantonnés, dans les aéronefs, à certains circuits secondaires où la puissance consommée n'est pas trop importante.
  • Il a été proposé d'associer des systèmes électromécaniques et des composants statiques, en parallèle et en série, mais pour le moment les solutions proposées sont lourdes, encombrantes et difficiles à commander.
  • WO97/34311 décrit un organe hybride de coupure selon le préambule de la revendication 1.
    • Définition de l'invention et avantages associés
  • Pour résoudre les difficultés évoquées ci-dessus, il est proposé un organe hybride de coupure pour circuit électrique comprenant un composant de coupure statique et un composant de coupure électromécanique, le composant statique étant fixé sur un support portant des contacts électriques pour le composant statique, ledit support étant configuré pour se mouvoir, à réception d'une commande de coupure, de manière à retirer ses deux contacts électriques de leurs broches respectives, formant ainsi ledit composant de coupure électromécanique.
  • Un tel organe est particulièrement facile à intégrer dans un circuit, et ses deux composantes, statique et électromécanique, peuvent être commandées de manière commune, centralisée. Il permet de se passer de fusible et donc de gagner en impédance, de programmer des séquences de coupure adaptées aux situations à risque rencontrées, et même de gérer des reconfigurations de circuit et de réseau, pour surmonter des pannes, par exemple.
  • Dans un mode de réalisation, le support est configuré pour se mouvoir en rotation, ce qui permet de concevoir un organe compact et peu sensibles aux conditions extérieures, notamment l'inclinaison.
  • Dans un autre mode de réalisation, le support est configuré pour se mouvoir en translation, ce qui permet de concevoir un organe pouvant couper des courants importants sans que l'usure des contacts empêche son bon fonctionnement. Dans ce mode de réalisation, il est avantageux que le mouvement du support soit ce mode de réalisation, il est avantageux que le mouvement du support soit amorti pour éviter les rebonds, et ainsi éviter la formation d'arcs électriques secondaires.
  • Le système peut de plus comprendre un système d'extinction d'arc électrique, éventuellement basé sur une chambre de coupure polarisée par un aimant, et éventuellement mettant en oeuvre un gaz à haute rigidité diélectrique ou une extinction dans le vide.
  • Il est proposé que le composant statique soit configuré (ou commandé) pour couper des courants nominaux ou de faibles courants le composant de coupure électromécanique étant configuré (ou commander) pour couper des courants de court-circuit ou de surcharge et assurer l'isolement galvanique.
  • Notamment, il est proposé une séquence de coupure, pour un courant de court-circuit, au cours de laquelle le composant statique est actionné après un temps d'attente après l'ouverture électromécanique, permettant ainsi de dissiper une partie de l'énergie de coupure dans un arc électrique avant de faire agir le composant statique, qui peut donc être de petite taille. La séquence permet néanmoins de couper très rapidement des courants élevés.
  • Il est aussi proposé une séquence de coupure, pour un courant nominal ou de faible intensité, au cours de laquelle le composant statique est actionné avant l'ouverture électromécanique, ce qui permet une coupure très rapide, conjuguée à une isolation galvanique effective une fois le circuit ouvert.
  • L'invention porte aussi sur un circuit électrique en courant continu ou en courant alternatif comprenant un organe de coupure tel qu'évoqué.
  • Dans ce cas, le mouvement du support se fait entre deux positions de contact correspondant à deux configurations du circuit distinctes.
  • L'invention porte aussi sur un réseau électrique en courant continu ou en courant alternatif pour aéronef comprenant un circuit électrique tel qu'évoqué, l'organe de coupure étant placé dans le circuit primaire du réseau, ou dans un circuit secondaire du réseau.
    • Liste des figures
    • La figure 1 présente une architecture envisagée pour les réseaux électriques aéronautiques.
    • La figure 2 présente un mode de réalisation d'un organe hybride de coupure selon l'invention, en position courant passant.
    • La figure 3 présente le même organe de coupure, en cours d'actionnement.
    • La figure 4 présente une architecture de réseau électrique aéronautique utilisant le mode de réalisation présenté en figures 2 et 3.
    • La figure 5 présente un deuxième mode de réalisation d'un organe hybride de coupure selon l'invention
    • La figure 6 présente une architecture de réseau électrique aéronautique utilisant le mode de réalisation présenté en figure 5 et une utilisation de cet organe de coupure pour reconfigurer ce réseau.
    • La figure 7 présente une utilisation de l'organe de coupure des figures 3 et 4 pour reconfigurer le réseau des figures 4 et 6.
  • L'invention va maintenant être décrite en relation avec les figures, qui sont présentées à des fins illustratives, et non limitatives.
    • Description détaillée
  • En figure 1 , une architecture de réseau électrique aéronautique est représentée. Elle implique un générateur 10 fournissant une tension alternative à 230 V, et un disjoncteur principal 20 protégeant l'aval du circuit, soit en premier lieu un convertisseur AC/DC 30. Celui-ci convertit la tension alternative en une tension continue, par exemple à 270 V. Celle-ci est ensuite distribuée à trois circuits parallèles permettant l'alimentation de trois charges 51, 52 et 53. Ces charges sont protégées chacune par un organe de coupure de type composant statique 41, 42 et 43, ainsi que par un fusible 46, 47 et 48, placé en série avec l'organe de coupure 41, 42 et 43. Une telle architecture est basée sur un fonctionnement normal au cours duquel c'est le composant statique qui protège les charges, mais prévoit que le fusible permet un isolement en cas de défaillance du composant statique afin d'isoler le défaut (la charge) du reste du réseau électrique.
  • Une telle architecture a l'intérêt d'avoir une conception intégrée, car le fusible peut être placé sur le circuit imprimé du composant statique, mais elle implique une augmentation de l'impédance de ligne du fait de la résistance du fusible, ainsi qu'un risque de déclenchement lent ou inopérant si le courant de court-circuit est proche du courant de nominal. Qui plus est, si le fusible doit entrer en action, il est nécessaire qu'une intervention soit ensuite menée pour remettre le circuit en fonctionnement, en remplaçant le fusible.
  • L'invention est présentée en lien avec le réseau électrique de la figure 1, qui est à courant continu, mais elle s'applique aussi à un réseau électrique à courant alternatif.
  • En figure 2 , on a représenté un organe de coupure intégré 100 comme celui évoqué en relation avec la figure 1, mais qui résout les difficultés évoquées ci-dessus.
  • Un composant statique 101 est placé sur un support 110 plan rectangulaire disposant en ses deux extrémités des contacts électriques 111 et 112 permettant le passage d'un courant électrique au travers du composant statique 101. Ces contacts 111 et 112 sont insérables dans deux broches 121 et 122 amont et aval du circuit électrique dans lequel l'organe de coupure est à insérer. Ces broches assurent la fonction de contact électrique, mais l'insertion des contacts 111 et 112 est réversible, le composant statique et son support, qui constituent l'organe de coupure intégré 100, étant ainsi embrochables ou débrochables dans le circuit électrique.
  • Le composant statique 101 est de manière générale un composant semiconducteur de commutation, tel un transistor, un composant MOSFET (transistor à effet de champ à grille métal-oxyde), un IGBT (transistor bipolaire à grille isolée), et il est de préférence encapsulé pour sa protection.
  • Un actionneur 130, par exemple un électroaimant, permet de faire tourner le support 110 autour de son point central, dans son plan, dans un sens ou dans l'autre, provoquant alors l'embrochage du composant statique ou son débrochage. L'actionneur 130 reçoit un ordre de commande en fonction du courant ou de la tension mesuré.
  • Deux pôles électriques 141 et 142 positionnés par rapport aux broches 121 et 122 à un angle de 90° autour de l'axe de rotation permettent d'accueillir les contacts électriques 111 et 112 après une rotation de 90° du composant statique et, si ces pôles sont connectés à un circuit, d'opérer une commutation de circuit, comme cela sera discuté en relation avec la figure 8. Entre chacun des pôles 121 et 122 et les pôles 141 et 142 sont installées des chambres de coupure 151, 152, 153 et 154, comprenant par exemple des ailettes de coupure, et un mélange gazeux favorisant l'extinction des arcs électriques, comme le diazote (N2). Un système mettant en oeuvre un gaz à haute rigidité diélectrique ou une extinction dans le vide peut également être utilisé.
  • Si le courant est encore en train de passer quand la partie électromécanique est actionnée, des arcs électriques sont créés, soufflés et fragmentés dans les chambres de coupure dans lesquelles les contacts 111 et 112 sont déplacés après leur débrochage des pôles 121 et 122.
  • On préfère utiliser des chambres de coupure polarisées afin que la vitesse de soufflage de l'arc électrique soit assez rapide et ait comme conséquence d'augmenter l'efficacité de la coupure du courant.
  • La polarisation est représentée en figure 3 , où l'on a figuré le champ magnétique, qui est perpendiculaire au plan du support 110 du composant statique 101, c'est-à-dire aussi perpendiculaire au plan de rotation. On a figuré précisément un champ magnétique B1 dans la chambre de coupure 151 entre les pôles 121 et 142, et un champ magnétique B2 dans la chambre de coupure 153 entre les pôles 141 et 122. Les champs B1 et B2 sont à contresens l'un de l'autre. Le courant électrique arrive quant à lui par le contact 121, comme indiqué par les flèches i1 et i2.
  • Sur cette figure, est également représenté le mouvement du support 110 lors de l'ouverture de la partie électromécanique de l'organe de coupure. Le contact 111 se déplace du pôle 121 vers le pôle 142 et le contact 112 se déplace du pôle 122 vers le pôle 141. Des arcs électriques apparaissent entre le contact 111 et le pôle 121 et entre le contact 112 et le pôle 122. Ces arcs sont soufflés et fragmentés dans les chambres de coupure 151 et 153, grâce à la polarisation de celles-ci, ainsi qu'aux ailettes métalliques de fragmentation. Les flèches 161 et 162 montrent la direction et l'orientation du soufflage des deux arcs électriques, soit vers l'extérieur du dispositif.
  • Une telle situation dans laquelle le courant passe au moment de l'activation de la partie électromécanique est intéressante à mettre en oeuvre pour des courants élevés, comme des courants de court-circuit ou des courants dont l'intensité dépasse un seuil, ou dont la dérivée est très élevée. Egalement, on applique cette stratégie si la chambre de coupure est efficace pour fragmenter l'arc électrique, ce qui dépend des caractéristiques de la chambre de coupure et de l'intensité du courant.
  • Dans un tel cas, il est proposé d'actionner la partie électromécanique à l'aide d'une commande adressée à l'actionneur 130, qui provoque les mouvements présentés en figure 3. Puis quelques instants plus tard, une commande est adressée au composant statique 101 pour qu'il coupe également le passage du courant. Physiquement, la séquence implique la création des arcs électriques présentés en figure 3, avec une tension d'arc d'autant plus élevée que la chambre de coupure joue son rôle efficacement. La puissance P fournie par le générateur 10 est alors dissipée en partie voire en totalité dans les arcs électriques, et l'intensité du courant suit la loi I = P/U, U étant la tension d'arc, qui est maximisée par la chambre de coupure. On obtient un courant qui diminue donc rapidement, pour disparaître, dans l'hypothèse où le composant statique 101 n'est pas actionné, en l'espace d'une milliseconde. Néanmoins, l'invention propose d'actionner le composant statique 101 au bout de par exemple 100 ou 400 µs, en fonction de la puissance électrique en jeu. Une telle séquence permet de dissiper une partie de l'énergie électrique dans l'arc électrique sans créer de forte érosion des contacts électriques 121, 111, 122 et 112. Elle permet aussi de ne dimensionner le composant statique 101 que pour couper des courants d'intensité limitée, ce qui permet de conserver un dispositif compact. Enfin, le temps de coupure global est court par rapport à un organe électromécanique classique, puisqu'on peut obtenir un facteur 10 entre les temps de coupure habituellement obtenus avec des dispositifs électromécaniques classiques et les organes hybrides présentés ici et utilisant la séquence évoquée.
  • Par ailleurs, on propose, si besoin est, d'adapter la séquence à l'état thermique du composant statique.
  • Mais le même organe de coupure intégré 100 présenté en figure 2 peut aussi être utilisé pour couper des courants nominaux ou de très faible intensité. Par contre, dans ce cas, la commande du dispositif se fait selon une séquence inversée, car pour de tels courants, la chambre de coupure serait peu efficace et le temps de coupure au final long. Ainsi, la commande commence par activer le composant statique 101, puis active la partie électromécanique du système, pour assurer le sectionnement physique du circuit électrique. Le composant statique 101 permet d'obtenir un temps de coupure très court. Il n'a pas besoin d'être dimensionné de manière trop encombrante, dans la mesure où seuls des courants à couper faibles sont concernés.
  • La figure 4 présente un circuit électrique aéronautique dans lequel le dispositif de coupure 100 est inséré. On reconnait la plupart des éléments du circuit de la figure 1, mais les couples fusibles + composant statique 41, 46 d'une part, 42, 47 d'autre part et enfin 43, 48 sont remplacés respectivement par des dispositifs de coupure hybride 100. Le fait que ceux-ci soient embrochables ou débrochables est représenté par des doubles flèches. Le premier des dispositifs de coupure hybride est représenté en position commuté, puisque les contacts sont coupés et que le support est basculé de 90°.
  • L'organe de coupure hybride 100 présentés ci-dessus est basé sur un support 110 en rotation autour d'un axe. Il a l'avantage de pouvoir être conçu de manière compacte et de fonctionner de manière fiable dans de nombreuses conditions et orientations.
  • En figure 5 , il est présenté un autre exemple de réalisation de l'invention, basé cette fois-ci sur un support 510 en translation. Il s'agit d'un organe de coupure hybride 500.
  • De manière très similaire à ce qui a été présenté en relation avec la figure 2, un composant statique 501 est placé sur un support 510 plan rectangulaire disposant en ses deux extrémités des contacts électriques 511 et 512 permettant le passage d'un courant électrique au travers du composant statique 501. Ses connexions 511 et 512 sont mises en contact électriquement avec des connexions 521 et 522 amont et aval du circuit électrique dans lequel l'organe de coupure est à insérer. L'insertion des contacts 111 et 112 est réversible.
  • Un actionneur 530, par exemple un électroaimant, permet de faire translater le support 510 perpendiculairement à la ligne des connexions 521 et 522, c'est à dire également perpendiculairement à la ligne des contacts 511 et 512, provoquant la connexion ou déconnexion électrique du composant statique. L'actionneur reçoit un ordre de commande en fonction du courant et/ou de la tension mesuré. Des ressorts 531 et 532 permettent de rendre l'ouverture et la fermeture du système électromécanique élastique afin d'éviter les rebonds des contacts électriques, ce qui pourrait avoir l'inconvénient de créer des arcs électriques secondaires. Le dispositif est de préférence positionné de manière verticale, c'est-à-dire avec la succession ressort 531, support 510, ressort 532 du haut vers le bas.
  • Deux pôles électriques 541 et 542 positionnés par rapport aux broches 521 et 522 à une certaine distance parallèlement à l'axe de translation permettent d'accueillir les contacts électriques 511 et 512 après une translation du composant statique et de son support et, si ces pôles sont connectés à un circuit, d'opérer une commutation de circuit, comme cela sera discuté en relation avec la figure 7. Entre les pôles 521 et 541 et les pôles 522 et 542 sont installées des chambres de coupure 551 et 552 comprenant par exemple des ailettes de coupure, et un mélange gazeux favorisant l'extinction des arcs électriques. Le système de soufflage des arcs électriques est similaire à celui décrit précédemment. Il implique une polarisation avec des champs magnétiques B1 et B2 dans les chambres 551 et 552, à contresens l'un de l'autre, pour souffler les arcs vers l'extérieur de l'organe de coupure 500. Les arcs sont représentés ici dans l'hypothèse d'un déplacement du support 510 des pôles 541, 542 vers les pôles 521, 522. Le sens du courant est indiqué par des flèches i1, i2 et la force de soufflage par des flèches 561, 562.
  • Ce mode de réalisation basé sur un système en translation est particulièrement intéressant pour la coupure de courants élevés, car en cas de dégradation de la surface des contacts et pôles 511, 512, 521, 522, 541 et 542, la fonction de contact sera toujours assurée et la translation toujours possible. Ainsi le système est particulièrement robuste même pour des puissances élevées.
  • En figure 6 , on a représenté un exemple de reconfiguration de circuit utilisant l'organe de coupure 500. On reconnait à nouveau la plupart des éléments du circuit de la figure 1, mais les couples fusibles + composant statique 41, 46 d'une part, 42, 47 d'autre part et enfin 43, 48 sont remplacés respectivement par des dispositifs de coupure hybride 500.
  • La reconfiguration présentée est effectuée dans l'hypothèse d'une panne de l'organe de commande commandant l'organe de coupure protégeant la charge 51 (panne représentée par un éclair). L'organe de coupure est alors écarté, à l'aide de la fonction électromécanique de l'organe. Si la charge 51 est un système prioritaire dont on doit assumer une continuité de service, ce qui n'est pas le cas de la charge 52, on choisit alors d'utiliser l'organe de coupure protégeant la charge 52 pour alimenter et protéger la charge 51. Cela passe par une translation de l'organe de coupure de la charge 52 des pôles 521 et 522 qui sont placés pour amener le courant à la charge 52, au pôles 541 et 542 qui sont placés pour amener, en secours, le courant à la charge 51.
  • En figure 7 , on a représenté un autre exemple de reconfiguration de circuit, très similaire à celui de la figure 6, mais utilisant l'organe de coupure hybride 100, basé sur une rotation. A nouveau, la charge 51 est considérée comme prioritaire, mais son organe de coupure est en panne. On le retire en effectuant une rotation de celui-ci, puis on effectue également une rotation de l'organe de coupure alimentant la charge 52, de manière à ce que celui-ci ne soit plus en contact avec les pôles 121 et 122 placés pour l'alimentation de la charge 52, mais avec des pôles 141 et 142 placés pour alimenter en secours la charge 51.
  • Les reconfigurations du réseau présentées en figures 6 et 7 permettent d'augmenter la fiabilité du système. Elles peuvent être mises en oeuvre sur le réseau secondaire mais également sur le réseau primaire, grâce à la capacité des organes de coupure présentés de couper des courants élevés.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés. Notamment, il n'est pas absolument indispensable, pour appliquer les principes de l'invention de déplacer les deux contacts du support portant le composant de coupure statique. Ainsi, un système avec une rotation autour d'un axe placé au niveau d'un des deux contacts peut également remplir les fonctions évoquées, avec trois pôles au lieu de quatre.

Claims (14)

  1. Organe hybride de coupure (100 ; 500) pour circuit électrique comprenant un composant de coupure statique (101 ; 501) et un composant de coupure électromécanique, le composant statique (101 ; 501) étant fixé sur un support (110 ; 510) portant des contacts électriques (111, 112 ; 511, 512) pour le composant statique, ledit support (110 ; 510) étant configuré pour se mouvoir, à réception d'une commande de coupure, de manière à retirer lesdits contacts électriques (111, 112 ; 511, 512) de leur broche respective, formant ainsi ledit composant de coupure électromécanique, caractérisé en ce que le support (110 ; 510) est configuré pour se mouvoir de manière à retirer ses deux contacts électriques de leurs broches respectives.
  2. Organe hybride de coupure (100) selon la revendication 1, dans lequel le support est configuré pour se mouvoir en rotation.
  3. Organe hybride de coupure (500) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le support est configuré pour se mouvoir en translation.
  4. Organe hybride de coupure selon la revendication 3, dans lequel le mouvement du support est amorti pour éviter les rebonds.
  5. Organe hybride de coupure selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant de plus un système d'extinction d'arc électrique (151-154 ; 551-552).
  6. Organe hybride de coupure selon la revendication 5, dans lequel le système d'extinction d'arc électrique comprend une chambre de coupure polarisée par un aimant.
  7. Organe hybride de coupure selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel le système d'extinction d'arc électrique met en oeuvre un gaz à haute rigidité diélectrique ou une extinction dans le vide.
  8. Organe hybride de coupure selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le composant statique est configuré pour couper des courants nominaux ou de faibles courants alors que le composant de coupure électromécanique est configuré pour couper des courants de court-circuit ou de surcharge et assurer l'isolement galvanique.
  9. Commande d'un organe hybride de coupure selon l'une des revendications 1 à 8, selon une séquence de coupure, pour un courant de court-circuit, au cours de laquelle le composant statique est actionné après un temps d'attente après l'ouverture électromécanique, permettant ainsi de dissiper une partie de l'énergie de coupure dans un arc électrique.
  10. Commande d'un organe hybride de coupure selon l'une des revendications 1 à 9, selon une séquence de coupure, pour un courant nominal ou de faible intensité, au cours de laquelle le composant statique est actionné avant l'ouverture électromécanique.
  11. Circuit électrique en courant continu comprenant un organe de coupure selon la revendication 1.
  12. Circuit électrique en courant alternatif comprenant un organe de coupure selon la revendication 1.
  13. Circuit électrique selon la revendication 11 ou la revendication 12, le mouvement du support se faisant entre deux positions de contact correspondant à deux configurations du circuit distinctes.
  14. Réseau électrique pour aéronef comprenant un circuit électrique selon la revendication 13, l'organe de coupure étant placé dans le circuit primaire du réseau, ou dans un circuit secondaire du réseau.
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