EP3437115A1 - Système d'hybridation pour courant continu haute tension - Google Patents

Système d'hybridation pour courant continu haute tension

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EP3437115A1
EP3437115A1 EP18728688.5A EP18728688A EP3437115A1 EP 3437115 A1 EP3437115 A1 EP 3437115A1 EP 18728688 A EP18728688 A EP 18728688A EP 3437115 A1 EP3437115 A1 EP 3437115A1
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terminal
terminals
switch
electric arc
hybridization system
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Eric GUILLARD
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Leach International Europe SAS
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic hybridization system capable of operating a contactor, a fuse or a circuit breaker in high-voltage direct current.
  • the invention finds applications in the field of electrical distribution and more particularly in the field of onboard electrical distribution.
  • Hybrid contactors are contactors using two simultaneous switching technologies, one based on electromechanical switching and the other based on electronic switching using semiconductors. Each of these technologies has advantages and disadvantages.
  • Electromechanical switching provides low voltage drop across the contactor and good galvanic isolation. On the other hand, electric arcs are created when the contactor opens and closes, causing erosion of the contacts. The electronic switching is, in turn, arc-free but does not offer the advantages of electromechanical technology in terms of voltage drop and galvanic isolation.
  • hybridization makes it possible to improve the lifetime of the contacts of the electromechanical contactor and possibly the response time of the contactor when opening and closing.
  • hybridization consists in using one or more power transistors in parallel or in series with the contactor electromechanical.
  • the power transistor is then controlled to assist the electromechanical contactor on opening and closing and to suppress arcing.
  • the energy used for this command comes from an external auxiliary source.
  • Such a hybrid contactor is for example described in patent application US 2014/0175060 (Reymond et al.).
  • DC high-voltage fuses use the arcing voltage in order to cut the circuit current in case of a fault, these fuses have the drawback of being cumbersome since the arc voltage is obtained by a distance of larger fuse material that imposes forms of fuse long enough.
  • a third type of circuit breaker is constituted by DC high voltage circuit breakers.
  • DC high-voltage circuit breakers are typically realized by means of transistor circuits with current measurement and trip logic when the overload mask is exceeded.
  • hybridization also brings a number of disadvantages.
  • the first is the complexity of switching systems.
  • the second disadvantage is the need to have an auxiliary power source specific to the electronic part. This affects the reliability and increases the maintenance costs since it is necessary to regularly check the load of the auxiliary power supply.
  • the document US2012 / 0007657 describes a hybrid interruption system whose electronic part is fed by a charging capacitor during the arc formation time created when the mechanical switch is opened.
  • a hybridization system for an electrical device having two terminals and two states, a closed state allowing an electric current to flow between the two terminals and an open state blocking the flow of electric current between the terminals, the device being adapted so that an electric arc is generated during the transition from the closed state to the open state, comprises:
  • a timed switch having two terminals connected to the two conductors and said delayed switch being adapted to be in open mode by default and, after a first predetermined duration d1 following the tripping of the electric arc, to go into closed mode for a second duration predetermined d2.
  • the hybridization system further comprises a power supply for the timed switch, the power supply being connected to the two conductors and being adapted so that the energy comes solely from the electrical energy supplied by the electric arc.
  • the power supply comprising a rectifier module connected in input to the two conductors and having an output connected to a ballast, itself connected via a diode to an energy store having two terminals connected to the time switch.
  • the time delay switch comprises an electronic semiconductor switch connected to the two terminals of the time-delayed switch, and a control circuit for said semiconductor electronic switch powered by said power supply;
  • the system further comprises a dissipative circuit connected in parallel across said timed switch; and or
  • the system further comprises a monitoring circuit powered by the power supply and adapted to detect the electric arc voltage at the terminals and the duration of the electric arc voltage and to generate a signal of good functioning or anomaly intended outside supervision.
  • a hybrid contactor adapted to operate in high voltage direct current comprises:
  • an electromechanical contactor module connected between a first terminal and a second terminal, said electromechanical contactor module comprising at least two fixed contacts and at least two movable contacts, each of the two movable contacts being able to come into contact with a specific fixed contact; between said first terminal and a separate intermediate terminal of said first and second terminals, which electromechanical contactor module is adapted to be selectively in a closed state or an open state. It further comprises a hybridization system according to one of the above embodiments connected between the second terminal and the intermediate terminal.
  • an electrical protection system adapted to operate in high voltage direct current comprises a conductive element connected between a first terminal and a second terminal, said conductive element being able to pass from a state. closed to an open state when the current flowing in said conductive element exceeds a predetermined value. It further comprises a hybridization system according to one of the above embodiments connected between the first terminal and the second terminal.
  • the conductive element of the protection circuit is a fuse.
  • a circuit breaker adapted to operate in high voltage direct current comprises a conductive circuit connected between a first terminal and a second terminal, the conducting circuit being able to pass from a closed state to a open state when the current flowing in the conductive circuit exceeds a predetermined overload mask. It further comprises a hybridization system according to one of the above embodiments connected between the first terminal and the second terminal.
  • FIG. 1 represents the diagram of a hybrid contactor according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a timing diagram of the state of the electromechanical contactor and the electronic switch of the hybrid contactor of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows another embodiment of a hybrid contactor
  • FIG. 4 represents the different operating phases of the hybrid contactor of FIG. 3;
  • FIG. 5 represents an autonomous power supply according to one embodiment of the invention;
  • FIG. 6 represents a hybridization system comprising a monitoring device according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 7 represents a fuse associated with a hybridization system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 represents a circuit breaker associated with a hybridization system according to one embodiment of the invention.
  • High-voltage direct current means a continuous electric current with a voltage greater than 100V.
  • the standard is for example 270V for avionics avionics systems.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of a hybrid contactor according to a first embodiment of the invention.
  • the hybrid contactor, referenced 1 is connected in series with a DC high voltage power source 2 and a load 3.
  • the hybrid contactor 1 comprises an electromechanical contactor 10. This electromechanical contactor is connected between two terminals referenced A and B. The terminal B is connected to ground.
  • the electromechanical contactor 10 can take two states:
  • the hybrid contactor 1 further comprises a hybridization system 5 comprising an electronic switch 12 connected between the terminal A of the electromechanical contactor and the terminal B.
  • the electronic switch 12 is controlled by a control circuit 15 powered by a electronic power supply 1 1.
  • This electronic power supply is connected directly to terminals A and B of the electromechanical contactor so as to receive the electric arc voltage and store this energy.
  • the hybridization system 5 further comprises a first protection circuit 14, dissipative type to protect the electronic switch 12 against overvoltages at the time of opening of the time switch.
  • This first protection circuit is connected in parallel with the electronic switch 12.
  • This first protection circuit 14 is for example a transient voltage suppression diode.
  • the hybridization system 5 further comprises a second protection circuit 13 connected in series with the electronic switch 12 between the terminal A and the terminal B, to open the hybrid contactor in case of failure of the electronic switch 12 when the latter remains locked in the closed state.
  • the protection circuit 13 opens and remains open.
  • the protection circuit 13 is for example a fuse.
  • the control of the electronic switch 12 is illustrated by the timing diagram of FIG. 2.
  • the control of the electronic switch is locked with respect to that of the electromechanical contactor 10 also illustrated by a time diagram in FIG. 2.
  • the electromechanical contactor 10 goes from the closed state to the open state at a time referenced t0
  • the electronic switch 12 is controlled for, at the end of a predetermined time d1 after the instant t0, connect electrically terminal A to terminal B for a predetermined duration d2.
  • the electronic switch is in a closed state for the duration d2. It goes back to the open state at the end of the duration d2.
  • This hybrid contactor allows to allow the presence of arcing between contacts A and B of the electromechanical contactor 10 for a limited time to maintain their contact cleaning function without damaging them.
  • the hybrid contactor 1 comprises an electromechanical movable paddle switch 10 with insulation compatible with the high voltage.
  • This electromechanical contactor also called a dual-establishment switch, is connected between the two terminals labeled A and B. Terminal B is connected to ground.
  • the electromechanical contactor 10 comprises two fixed contacts CO1 and CO2, and two movable contacts CO3 and CO4 mounted on the mobile pallet C3 of conductive material. The CO3 and CO4 mobile contacts are permanently connected to each other via the mobile pallet.
  • the electromechanical contactor 10 can take two states:
  • the hybridization system 4 has a first connector t connected to the mobile pallet for a potential recovery and a second connector connected to one of the fixed contacts CO1 or CO2 as an illustration of a connection variant with galvanic isolation without additional series contact.
  • FIGS. 4A to 4D show the presence or absence of an electric arc at the contacts of the electromechanical contactor 10.
  • the electromechanical contactor 10 Before time tO ( Figure 4A), the electromechanical contactor 10 is in the closed state (conductive state) and the moving contacts CO3 and CO4 are respectively in contact with the fixed contacts C01 and CO2.
  • the electronic switch 12 is in the open state (non-conductive state).
  • the electronic switch 12 is kept in the closed state (on state) for a duration d2 between 1 s and 10 ms.
  • the CO3 mobile contact is no longer powered by the electric arc between the fixed contact CO1 and the mobile contact CO3.
  • the electronic switch 12 then passes, at the end of the duration d2, in the open state.
  • the electric arc between the movable contact C04 and the fixed contact C04 turns off automatically. This transition to the open state is illustrated in FIG. 4D.
  • This control of the electronic switch 12 allows to allow electrical arcs in the electromechanical contactor 10 for the duration d1 and then cut, one after the other, for the duration d2.
  • a rectifier module 1 1 1 is connected directly to the connectors of terminals A and B. It is composed of diodes used to rectify the current passing through terminals A and B and thus to overcome the direction of the current between terminals A and B.
  • the output of the rectifier module 1 1 1 is connected to a ballast 1 12 whose purpose is to stabilize the power supply.
  • the output of the ballast January 12 is connected to a capacitor 1 13 which ensures the storage of energy.
  • a diode 1 14 located between the ballast 1 12 and the capacitor 1 13 avoids the discharge of the capacity via the ballast 1 12.
  • the capacitor 1 13 is then connected to the sequencing logic 15 to power it, so that it can control the electronic switch 12.
  • control circuit 15 does not require an external power supply device. It is powered by the energy coming from the electric arcs present at the opening of the electromechanical contactor 10.
  • the electromechanical contactor 10 is open and an electric arc is established by the potential difference existing between the terminals A and B. This electric arc energy then serves to charge the capacitor 1 13 during the first moments of di.
  • the control circuit 15 is then powered and can close the electronic contactor
  • the hybridization module 5 further comprises a monitoring circuit 40 for transmitting to an external system a calibrated slice of good health.
  • the monitoring circuit 40 is powered by the power supply 1 1 and detects the electric arc voltage at the terminals A and B through the circuit 41.
  • the circuit 42 detects the arc voltage duration and if this duration is less than or equal to the duration d1 + d2, the circuit 42 allows the circuit 43 to generate a calibrated slot for external supervision.
  • the hybridization system 5 thus gives the contactor high voltage contactor properties.
  • the contact material of the electromechanical contactor is preserved by limiting the duration of the electric arcs, which makes it possible to obtain a high number of opening / closing cycles.
  • the contactor is advantageously insensitive to the indirect effects of lightning and electromagnetic compatibility.
  • Hybridization system 5 can also be used with a fuse or circuit breaker.
  • an electric arc is created after the so-called pre-arc duration.
  • the power supply module stores energy thanks to the back electromotive voltage of the electric arc.
  • the fuse 20 is then short-circuited for the duration d2 so as to suppress the electric arc.
  • the electric arc then turns off automatically because it is no longer crossed by an electric current.
  • the durations d1 and d2 are advantageously determined to adjust the melting time of the fuse. [69] Thus the electric arc is removed well before the complete melting of the fuse material used nominally for low voltage.
  • FIGS. 8A to 8D show the presence or absence of an electric arc at the low-voltage fuse 20.
  • the electronic switch 12 is kept in the closed state for a time d2 between * ⁇ ⁇ and 10ms. Then, at the end of this duration d2, the electronic switch goes to the open state, Figure 8D.
  • the hybridization system 5 is used with a low voltage electromechanical circuit breaker 30.
  • This assembly advantageously provides the circuit breaker high voltage circuit breaker properties while reducing the size of such a high-voltage circuit breaker.
  • the electronic switch 12 may consist of different elements, FIG.
  • Figure 10A shows a switch consisting of two MOSFET transistors in series whose intrinsic body diode provides bidirectional current.
  • Figure 10B shows a switch consisting of two insulated gate bipolar transistors (IGBTs) in series with an antiparallel diode to provide bidirectional current.
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • Figure 10C shows a switch consisting of a MOSFET transistor with a diode bridge that provides bidirectional current and
  • Figure 10D shows an insulated gate bipolar transistor (IGBT) with a diode bridge providing bidirectional current .
  • IGBT insulated gate bipolar transistor

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à un système d'hybridation (5) pour dispositif électrique ayant deux bornes (A, B) et deux états, un état fermé permettant à un courant électrique de circuler entre les deux bornes et un état ouvert bloquant la circulation du courant électrique entre les bornes, le dispositif étant adapté pour qu'un arc électrique soit généré lors du passage de l'état fermé à l'état ouvert. Le système d'hybridation comprend : deux conducteurs connectés aux deux bornes (A, B) du dispositif électrique; un interrupteur temporisé (12) ayant deux bornes connectées aux deux conducteurs et ledit interrupteur temporisé étant adapté pour être par défaut en mode ouvert et, après une première durée prédéterminée d1 suivant le déclenchement de l'arc électrique, se mettre en mode fermé pendant une seconde durée prédéterminée d2. Le système d'hybridation comprend en outre une alimentation électrique (11) de l'interrupteur temporisé connectée aux deux conducteurs et adaptée pour que l'énergie provienne uniquement de l'énergie électrique fournie par l'arc électrique.

Description

SYSTEME D'HYBRIDATION POUR COURANT CONTINU HAUTE
TENSION
DESCRIPTION
Domaine technique
[01 ] La présente invention se rapporte à un système d'hybridation électronique apte à faire fonctionner un contacteur, un fusible ou un disjoncteur en haute tension à courant continu.
[02] L'invention trouve des applications dans le domaine de la distribution électrique et plus particulièrement dans le domaine de la distribution électrique embarquée.
Etat de la technique
[03] Les contacteurs hybrides sont des contacteurs utilisant deux technologies de commutation simultanées, l'une basée sur la commutation électromécanique et l'autre basée sur la commutation électronique utilisant des semi-conducteurs. Chacune de ces technologies présente des avantages et des inconvénients.
[04] La commutation électromécanique permet d'avoir une faible chute de tension aux bornes du contacteur et une bonne isolation galvanique. En revanche, des arcs électriques se créent à l'ouverture et la fermeture du contacteur entraînant une érosion des contacts. La commutation électronique est, quant à elle, exempte d'arc électrique mais n'offre pas les avantages de la technologie électromécanique en termes de chute de tension et d'isolation galvanique.
[05] La combinaison de ces deux technologies, appelée hybridation, permet d'améliorer la durée de vie des contacts du contacteur électromécanique et éventuellement le temps de réponse du contacteur à l'ouverture et la fermeture.
[06] Classiquement, l'hybridation consiste à utiliser un ou plusieurs transistors de puissance en parallèle ou en série avec le contacteur électromécanique. Le transistor de puissance est alors commandé pour assister le contacteur électromécanique à l'ouverture et à la fermeture et supprimer les arcs électriques. L'énergie utilisée pour cette commande provient d'une source auxiliaire externe.
[07] Un tel contacteur hybride est par exemple décrit dans la demande de brevet US 2014/0175060 (Reymond et al.).
[08] Une autre forme de coupe-circuit pour courant continu haute-tension est constituée par les fusibles.
[09] Les fusibles haute tension à courant continu utilisent la tension d'arc électrique afin de couper le courant du circuit en cas de défaut, ces fusibles ont comme inconvénient d'être encombrant puisque la tension d'arc est obtenue par une distance de matériau fusible plus importante qui impose des formes de fusibles assez long.
[10] Enfin une troisième sorte de coupe-circuit est constituée par les disjoncteurs haute tension à courant continu.
[1 1 ] Les disjoncteurs haute tension à courant continu sont généralement réalisés au moyen de circuits à transistors avec une mesure de courant et une logique de disjonction lorsque le gabarit de surcharge est dépassé.
[12] Quel que soit le type de coupe-circuit, il apparaît nécessaire de contrôler au mieux l'arc électrique généré lors d'une coupure. Et donc, comme pour le contacteur, il apparaît souhaitable d'utiliser des techniques d'hybridation combinant la commutation électromécanique et la commutation électronique pour bénéficier des avantages de chaque type de commutation.
[13] Cependant, l'hybridation apporte également un certain nombre d'inconvénients. Le premier en est la complexification des systèmes de commutation. Le deuxième inconvénient est la nécessité d'avoir une source d'alimentation auxiliaire propre à la partie électronique. Cela nuit à la fiabilité et augmente les coûts de maintenance puisqu'il faut vérifier régulièrement la charge de l'alimentation auxiliaire. [14] Dans le cadre d'une alimentation en courant continu par un panneau photovoltaïque, le document US2012/0007657 décrit un système d'interruption hybride dont la partie électronique est alimentée par une capacité se chargeant pendant le temps de formation de l'arc créé à l'ouverture de l'interrupteur mécanique.
[15] Cependant, le système électronique décrit est relativement complexe et adapté spécifiquement à l'environnement de panneaux photovoltaïques. Description de l'invention
[16] Il existe donc un réel besoin pour un système d'hybridation palliant ces défauts, inconvénients et obstacles de l'art antérieur, en particulier d'un système d'hybridation versatible et adapté à de nombreuses utilisations, en particulier qui soit indépendant du sens du courant continu.
[17] Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, un système d'hybridation pour dispositif électrique, le dispositif électrique ayant deux bornes et deux états, un état fermé permettant à un courant électrique de circuler entre les deux bornes et un état ouvert bloquant la circulation du courant électrique entre les bornes, le dispositif étant adapté pour qu'un arc électrique soit généré lors du passage de l'état fermé à l'état ouvert, comprend :
· deux conducteurs adaptés pour être connectés aux deux bornes du dispositif électrique ;
• un interrupteur temporisé ayant deux bornes connectées aux deux conducteurs et ledit interrupteur temporisé étant adapté pour être par défaut en mode ouvert et, après une première durée prédéterminée d1 suivant le déclenchement de l'arc électrique, se mettre en mode fermé pendant une seconde durée prédéterminée d2.
[18] Le système d'hybridation comprend en outre une alimentation électrique de l'interrupteur temporisé, l'alimentation électrique étant connectée aux deux conducteurs et étant adaptée pour que l'énergie provienne uniquement de l'énergie électrique fournie par l'arc électrique, l'alimentation électrique comprenant un module redresseur connecté en entrée aux deux conducteurs et ayant une sortie connectée à un ballast, lui- même connecté via une diode à un accumulateur d'énergie ayant deux bornes connectées à l'interrupteur temporisé.
[19] Cela permet de façon particulièrement avantageuse de n'avoir plus besoin d'alimentation auxiliaire pour alimenter l'interrupteur électronique.
[20] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
• l'interrupteur temporisé comprend un interrupteur électronique à semi-conducteur connecté aux deux bornes de l'interrupteur temporisé, et un circuit de commande dudit interrupteur électronique à semi-conducteur alimenté par ladite alimentation électrique ;
• le système comprend en outre un circuit dissipatif connecté en parallèle aux bornes dudit interrupteur temporisé ; et/ou
• le système comprend en outre un circuit de monitoring alimenté par l'alimentation électrique et adapté pour détecter la tension d'arc électrique aux bornes et la durée de tension d'arc électrique et pour générer un signal de bon fonctionnement ou d'anomalie destiné à une supervision extérieure.
[21 ] Dans un deuxième aspect de l'invention, un contacteur hybride apte à fonctionner en courant continu haute tension comprend :
• un module de contacteur électromécanique connecté entre une première borne et une deuxième borne, ledit module de contacteur électromécanique comprenant au moins deux contacts fixes et au moins deux contacts mobiles, chacun des deux contacts mobiles étant apte à venir en contact avec un contact fixe propre entre ladite première borne et une borne intermédiaire distincte desdites première et deuxième bornes, lequel module de contacteur électromécanique est apte à être sélectivement dans un état fermé ou un état ouvert. Il comprend en outre un système d'hybridation selon l'un des modes de réalisation ci-dessus connecté entre la deuxième borne et la borne intermédiaire. [22] Dans un troisième aspect de l'invention, un système de protection électrique apte à fonctionner en courant continu haute tension comprend un élément conducteur connecté entre une première borne et une deuxième borne, ledit élément conducteur étant apte à passer d'un état fermé à un état ouvert lorsque l'intensité de courant passant dans ledit élément conducteur dépasse une valeur prédéterminée. Il comprend en outre un système d'hybridation selon l'un des modes de réalisation ci-dessus connecté entre la première borne et la deuxième borne.
[23] Dans un mode de réalisation particulier, l'élément conducteur du circuit de protection est un fusible.
[24] Dans un quatrième aspect de l'invention, un disjoncteur apte à fonctionner en courant continu haute tension comprend un circuit conducteur connecté entre une première borne et une deuxième borne, le circuit conducteur étant apte à passer d'un état fermé à un état ouvert lorsque l'intensité de courant passant dans le circuit conducteur dépasse un gabarit de surcharge prédéterminé. Il comprend en outre un système d'hybridation selon l'un des modes de réalisation ci-dessus connecté entre la première borne et la deuxième borne.
Brève description des figures
[25] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
- La figure 1 représente le schéma d'un contacteur hybride selon un mode de réalisation de l'invention;
- La figure 2 représente un diagramme temporel de l'état du contacteur électromécanique et de l'interrupteur électronique du contacteur hybride de la figure 1 ;
- La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un contacteur hybride ;
- La figure 4 représente les différentes phases de fonctionnement du contacteur hybride de la figure 3 ; - La figure 5 représente une alimentation autonome selon un mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 6 représente un système d'hybridation comportant un dispositif de monitoring selon un autre mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 7 représente un fusible associé à un système d'hybridation selon un mode de réalisation de l'invention ;
- La figure 8 représente les différentes phases de fonctionnement du fusible de la figure 7 ;
- La figure 9 représente un disjoncteur associé à un système d'hybridation selon un mode de réalisation de l'invention ; et
- La figure 10 représente différents modes de réalisation de l'interrupteur électronique.
Modes de réalisation
[26] Pour expliciter les modes de réalisation et le fonctionnement du système d'hybridation, nous utiliserons comme exemple principal un contacteur hybride. Puis nous montrerons l'application du système d'hybridation à un fusible et à un disjoncteur.
[27] Par courant continu haute tension, il est entendu un courant électrique continu ayant une tension supérieure à 100V.
[28] Ainsi, la norme est par exemple de 270V pour les systèmes embarqués en avionique.
[29] La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un contacteur hybride selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le contacteur hybride, référencé 1 , est monté en série avec une source d'alimentation haute tension à courant continu 2 et une charge 3.
[30] Le contacteur hybride 1 comprend un contacteur électromécanique 10. Ce contacteur électromécanique est connecté entre deux bornes référencés A et B. La borne B est connectée à la masse. Le contacteur électromécanique 10 peut prendre deux états:
· un état fermé dans lequel les bornes A et B sont connectées électriquement; et • un état ouvert dans lequel les bornes A et B sont isolées l'une par rapport à l'autre.
[31 ] Le contacteur hybride 1 comprend en outre un système d'hybridation 5 comprenant un interrupteur électronique 12 connecté entre la borne A du contacteur électromécanique et la borne B. L'interrupteur électronique 12 est piloté par un circuit de commande 15 alimenté par une alimentation électronique 1 1 .
[32] Cette alimentation électronique est connectée directement aux bornes A et B du contacteur électromécanique de façon à recevoir la tension d'arc électrique et de stocker cette énergie.
[33] Le système d'hybridation 5 comporte en outre un premier circuit de protection 14, de type dissipatif, pour protéger l'interrupteur électronique 12 contre les surtensions au moment de l'ouverture de l'interrupteur temporisé. Ce premier circuit de protection est monté en parallèle avec l'interrupteur électronique 12. Ce premier circuit de protection 14 est par exemple une diode de suppression de tension transitoire.
[34] Le système d'hybridation 5 comporte en outre un deuxième circuit de protection 13 connecté en série avec l'interrupteur électronique 12 entre la borne A et la borne B, permettant d'ouvrir le contacteur hybride en cas de défaillance de l'interrupteur électronique 12 lorsque ce dernier reste bloqué à l'état fermé. Lorsque le contacteur électromécanique 10 passe à l'état ouvert et que l'interrupteur électronique 12 reste bloqué à l'état fermé, le circuit de protection 13 s'ouvre et reste ouvert. Le circuit de protection 13 est par exemple un fusible.
[35] La commande de l'interrupteur électronique 12 est illustrée par le diagramme temporel de la figure 2. La commande de l'interrupteur électronique est calée par rapport à celle du contacteur électromécanique 10 également illustrée par un diagramme temporel sur la figure 2. Lorsque le contacteur électromécanique 10 passe de l'état fermé à l'état ouvert à un instant référencé tO, l'interrupteur électronique 12 est commandé pour, au terme d'une durée prédéterminée d1 après l'instant tO, connecter électriquement la borne A à la borne B pendant une durée d2 prédéterminée. L'interrupteur électronique est dans un état fermé pendant la durée d2. Il repasse à l'état ouvert au terme de la durée d2.
[36] Ce contacteur hybride permet d'autoriser la présence d'arcs électriques au niveau entre les contacts A et B du contacteur électromécanique 10 pendant une durée limitée pour conserver leur fonction de nettoyage des contacts sans détériorer ces derniers.
[37] Dans un exemple particulier, figure 3, le contacteur hybride 1 comprend un contacteur électromécanique 10 à palette mobile avec un isolement compatible avec la haute tension. Ce contacteur électromécanique, également appelé contacteur à double établissement, est connecté entre les deux bornes référencés A et B. La borne B est connectée à la masse. Le contacteur électromécanique 10 comporte deux contacts fixes CO1 et CO2, et deux contacts mobiles CO3 et CO4 montés sur la palette mobile C3 en matériau conducteur. Les contacts mobiles CO3 et CO4 sont en permanence connectés entre eux via la palette mobile. Le contacteur électromécanique 10 peut prendre deux états:
• un état fermé dans lequel les contacts mobiles CO3 et CO4 de la palette mobile sont respectivement en contact avec les contacts fixes CO1 et CO2 de manière à connecter électriquement entre eux les deux contacts fixes CO1 et CO2; et
• un état ouvert dans lequel les contacts mobiles CO3 et CO4 de la palette mobile sont à distance des contacts fixes CO1 et CO2.
[38] La commande de la palette mobile est réalisée par un électroaimant D.
[39] Dans la figure 3, le système d'hybridation 4 a un premier connecteur t connecté à la palette mobile pour une reprise de potentiel et un second connecteur connecté à un des contacts fixes CO1 ou CO2 à titre d'illustration d'une variante de connexion présentant une isolation galvanique sans ajout de contact en série supplémentaire.
[40] Les figures 4A à 4D montrent la présence ou non d'arc électrique au niveau des contacts du contacteur électromécanique 10. [41 ] Avant l'instant tO (figure 4A), le contacteur électromécanique 10 est à l'état fermé (état conducteur) et les contacts mobiles CO3 et CO4 sont respectivement en contact avec les contacts fixes C01 et CO2. L'interrupteur électronique 12 est à l'état ouvert (état non conducteur).
[42] A l'instant tO, on ouvre le contacteur électromécanique 10 (passage de l'état fermé à l'état ouvert). Des arcs électriques apparaissent alors entre, d'une part, le contact CO1 et le contact CO3 et, d'autre part, entre le contact CO2 et le contact CO4. Ces arcs électriques sont visibles sur la figure 4B.
[43] Au terme d'une durée d1 comprise entre 1 s et 10 ms, l'interrupteur électronique 12 passe à l'état fermé (état passant). Le contact mobile CO4 et le contact fixe C02 sont alors shuntés par l'interrupteur électronique 12. L'arc électrique entre le contact fixe CO1 et le contact mobile CO3 s'éteint alors comme illustré à la figure 4C.
[44] L'interrupteur électronique 12 est maintenu à l'état fermé (état passant) pendant une durée d2 comprise entre 1 s et 10ms. Le contact mobile CO3 n'étant plus alimenté par l'arc électrique entre le contact fixe CO1 et le contact mobile CO3.
[45] L'interrupteur électronique 12 passe ensuite, au terme de la durée d2, à l'état ouvert. L'arc électrique entre le contact mobile C04 et le contact fixe C04 s'éteint automatiquement. Ce passage à l'état ouvert est illustré par la figure 4D.
[46] Ce pilotage de l'interrupteur électronique 12 permet d'autoriser des arcs électriques dans le contacteur électromécanique 10 pendant la durée d1 puis de les couper, les uns après les autres, pendant la durée d2.
[47] L'alimentation électronique autonome 1 1 va maintenant être décrite plus en détail en référence à la figure 5.
[48] L'alimentation électrique autonome est donc connectée aux bornes A et B du contacteur électromécanique 10. Cette connexion est par exemple assurée par des conducteurs souples ayant une section très faible au regard de la section des conducteurs du circuit principal. [49] Un module redresseur 1 1 1 est connecté directement aux connecteurs des bornes A et B. Il est composé de diodes permet de redresser le courant traversant les bornes A et B et ainsi de s'affranchir du sens du courant entre les bornes A et B.
[50] La sortie du module redresseur 1 1 1 est connectée à un ballast 1 12 dont le but est de stabiliser l'alimentation.
[51 ] La sortie du ballast 1 12 est connectée à un condensateur 1 13 qui assure le stockage de l'énergie.
[52] Une diode 1 14 située entre le ballast 1 12 et le condensateur 1 13 permet d'éviter la décharge de la capacité via le ballast 1 12.
[53] Le condensateur 1 13 est alors connecté à la logique de séquencement 15 pour alimenter celle-ci, de façon à ce qu'elle puisse commander l'interrupteur électronique 12.
[54] Ainsi le circuit de commande 15 ne requiert pas de dispositif d'alimentation externe. Il est alimenté par l'énergie provenant des arcs électriques présents à l'ouverture du contacteur électromécanique 10.
[55] En se référant au chronogramme de la figure 2, l'alimentation électrique autonome 1 1 n'est pas alimentée tant que le contacteur électromécanique 10 est en position fermée car les bornes A et B sont quasiment au même potentiel.
[56] Pendant la durée di, le contacteur électromécanique 10 est ouvert et un arc électrique est établi par la différence de potentiel existante entre les bornes A et B. Cette énergie d'arc électrique sert alors à charger le condensateur 1 13 durant les premiers instants de di . Le circuit de commande 15 est alors alimenté et peut fermer le contacteur électronique
12 à la fin de di et pour la période 02.
[57] Dans un mode de réalisation particulier, figure 6, le module d'hybridation 5 comporte en outre un circuit de monitoring 40 destiné à transmettre vers un système extérieur un créneau calibré de bonne santé.
[58] Le circuit de monitoring 40 est alimenté par l'alimentation 1 1 et détecte la tension d'arc électrique aux bornes A et B grâce au circuit 41 . Le circuit 42 détecte la durée de tension d'arc et si cette durée est inférieure ou égale à la durée d1 + d2, le circuit 42 autorise le circuit 43 à générer un créneau calibré destiné à une supervision extérieure.
[59] Ainsi, en cas de défaillance d'un des composants électroniques entraînant une panne d'alimentation ou une panne du circuit de commande ou la présence d'un arc de durée trop importante, le créneau calibré de bonne santé ne sera pas généré, ce qui créera une alarme dans le système de supervision.
[60] Le système d'hybridation 5 confère ainsi au contacteur des propriétés de contacteur haute tension.
[61 ] Avantageusement le matériau des contacts du contacteur électromécanique est préservé en limitant la durée des arcs électriques, ce qui permet d'obtenir un nombre de cycles d'ouverture/fermeture élevé.
[62] Les perturbations électromagnétiques générées par les arcs électriques sont avantageusement réduites.
[63] La taille et le poids du contacteur hybride est réduit par rapport à l'état de l'art et sans nécessité d'utiliser une source d'alimentation auxiliaire.
[64] Enfin, le contacteur est avantageusement insensible aux effets indirects de la foudre et de la compatibilité électromagnétique.
[65] Le système d'hybridation 5 peut également être utilisé avec un fusible ou un disjoncteur.
[66] Ainsi, figure 7, le système d'hybridation 5 est connecté aux bornes A et B d'un fusible basse tension 20.
[67] Comme dans le cas du contacteur, un arc électrique se crée après la durée dite de pré-arc. Pendant la durée d'arc d1 , le module d'alimentation stocke de l'énergie grâce à la tension contre-électromotrice de l'arc électrique. Le fusible 20 est ensuite court-circuité pendant la durée d2 de manière à supprimer l'arc électrique. L'arc électrique s'éteint alors automatiquement car il n'est plus traversé par un courant électrique.
[68] Les durées d1 et d2 sont avantageusement déterminées pour régler le temps de fusion du fusible. [69] Ainsi l'arc électrique est supprimé bien avant la fusion complète du matériau fusible utilisé nominalement pour de la basse tension.
[70] Cette structure permet donc d'élargir la gamme d'utilisation du fusible pour de la haute tension en réglant le temps de fusion du fusible.
[71 ] Les figures 8A à 8D montrent la présence ou non d'arc électrique au niveau du fusible basse-tension 20.
[72] Avant l'instant tO, figure 8A, le fusible 20 est à l'état fermé. Il est donc conducteur.
[73] A l'instant tO, le fusible fond à cause d'un court-circuit ou d'une surcharge dans le circuit électrique.
[74] Un arc électrique apparaît alors entre les bornes du fusible, figure 8B.
[75] Au terme d'une durée d1 comprise entre ^ μs et 1 ms, l'interrupteur électronique 12 passe à l'état fermé. Le fusible est alors court-circuité par l'interrupteur électronique 12. L'arc électrique présent aux bornes du fusible s'éteint alors comme illustré à la figure 8C.
[76] L'interrupteur électronique 12 est maintenu à l'état fermé pendant une durée d2 comprise entre *\ μΒ et 10ms. Puis, au terme de cette durée d2, l'interrupteur électronique passe à l'état ouvert, figure 8D.
[77] L'utilisation du système d'hybridation avec un fusible basse tension confère ainsi au fusible des propriétés de fusible haute tension tout en réduisant l'encombrement par rapport à un fusible haute tension classique équivalent. Il permet également avantageusement de réduire le temps de fusion du fusible.
[78] En référence à la figure 9, le système d'hybridation 5 est utilisé avec un disjoncteur électromécanique basse tension 30.
[79] Ainsi, un arc électrique se crée lors de l'ouverture du disjoncteur. Les phases d'apparition et de disparition de l'arc électrique sont les mêmes que celles décrites précédemment pour le fusible.
[80] Cet assemblage permet avantageusement de conférer au disjoncteur des propriétés de disjoncteur haute tension tout en réduisant l'encombrement d'un tel disjoncteur haute tension. [81 ] Dans l'ensemble de ces différents mode de réalisation, l'interrupteur électronique 12 peut être constitué de différents éléments, figure 10.
[82] Ainsi la figure 10A montre un interrupteur constitué de deux transistors MOSFET en série dont la diode de corps intrinsèque assure la bidirectionnalité du courant.
[83] La figure 10B montre un interrupteur constitué de deux transistors bipolaire à grille isolée (IGBT) en série avec une diode antiparallèle pour assurer la bidirectionnalité du courant.
[84] La figure 10C montre un interrupteur constitué d'un transistor MOSFET avec un pont de diodes qui assure la bidirectionnalité du courant et la figure 10D montre un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) avec un pont de diode assurant la bidirectionnalité du courant.
[85] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention a cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.

Claims

REVENDICATIONS
Système d'hybridation (5) pour dispositif électrique, ledit dispositif électrique ayant deux bornes (A, B) et deux états, un état fermé permettant à un courant électrique de circuler entre les deux bornes et un état ouvert bloquant la circulation dudit courant électrique entre lesdites bornes, ledit dispositif étant adapté pour qu'un arc électrique soit généré lors du passage de l'état fermé à l'état ouvert, ledit système d'hybridation comprenant :
• deux conducteurs adaptés pour être connectés aux deux bornes (A, B) du dispositif électrique ;
• un interrupteur temporisé (12) ayant deux bornes connectées aux deux conducteurs et ledit interrupteur temporisé étant adapté pour être par défaut en mode ouvert et, après une première durée prédéterminée d1 suivant le déclenchement de l'arc électrique, se mettre en mode fermé pendant une seconde durée prédéterminée d2 ;
le système d'hybridation comprenant en outre une alimentation électrique (1 1 ) de l'interrupteur temporisé, ladite alimentation électrique étant connectée aux deux conducteurs et étant adaptée pour que l'énergie provienne uniquement de l'énergie électrique fournie par l'arc électrique,
caractérisé en ce que l'alimentation électrique comprend :
• un module redresseur connecté en entrée aux deux conducteurs et ayant une sortie connectée à un ballast,
• le ballast connecté via une diode à un accumulateur d'énergie, l'accumulateur d'énergie ayant deux bornes connectées à l'interrupteur temporisé. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'interrupteur temporisé comprend un interrupteur électronique à semi-conducteur connecté aux deux bornes de l'interrupteur temporisé, et un circuit de commande dudit interrupteur électronique à semi-conducteur alimenté par ladite alimentation électrique.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système comprend en outre un circuit dissipatif connecté en parallèle aux bornes dudit interrupteur temporisé.
Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système comprend en outre un circuit de monitoring (40) alimenté par l'alimentation électrique (1 1 ) et adapté pour détecter la tension d'arc électrique aux bornes (A, B) et la durée de tension d'arc électrique et pour générer un signal de bon
fonctionnement ou d'anomalie destiné à une supervision extérieure.
Contacteur hybride (1 ) apte à fonctionner en courant continu haute tension comprenant :
• un module de contacteur électromécanique (10) connecté entre une première borne (A) et une deuxième borne (B), ledit module de contacteur électromécanique comprenant au moins deux contacts fixes et au moins deux contacts mobiles, chacun des deux contacts mobiles étant apte à venir en contact avec un contact fixe propre entre ladite première borne et une borne intermédiaire (C) distincte desdites première et deuxième bornes, lequel module de contacteur électromécanique (10) est apte à être sélectivement dans un état fermé ou un état ouvert ;
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'hybridation selon l'une quelconque des revendications précédentes connecté entre la deuxième borne (B) et la borne intermédiaire (C). 6. Système de protection électrique apte à fonctionner en courant continu haute tension comprenant un élément conducteur (20) connecté entre une première borne (A) et une deuxième borne (B), ledit élément conducteur étant apte à passer d'un état fermé à un état ouvert lorsque l'intensité de courant passant dans ledit élément conducteur dépasse une valeur prédéterminée,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'hybridation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 connecté entre la première borne (A) et la deuxième borne (B).
7. Système de protection électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément conducteur (20) est un fusible. 8. Disjoncteur apte à fonctionner en courant continu haute tension comprenant un circuit conducteur (30) connecté entre une première borne (A) et une deuxième borne (B), ledit circuit conducteur étant apte à passer d'un état fermé à un état ouvert lorsque l'intensité de courant passant dans ledit circuit conducteur dépasse un gabarit de surcharge prédéterminé,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'hybridation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 connecté entre la première borne (A) et la deuxième borne (B).
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