EP3503155B1 - Déclencheur pour un appareil de commutation électrique et appareil de commutation électrique comportant un tel déclencheur - Google Patents

Déclencheur pour un appareil de commutation électrique et appareil de commutation électrique comportant un tel déclencheur Download PDF

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EP3503155B1
EP3503155B1 EP18215737.0A EP18215737A EP3503155B1 EP 3503155 B1 EP3503155 B1 EP 3503155B1 EP 18215737 A EP18215737 A EP 18215737A EP 3503155 B1 EP3503155 B1 EP 3503155B1
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EP
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armature
trigger
branch
contact
fixed
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Sébastien Heraud
Grigori DELCARMINE
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Schneider Electric Industries SAS
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Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • H01H71/2472—Electromagnetic mechanisms with rotatable armatures

Definitions

  • the present invention relates to a trip device for an electrical switching device and to an electrical switching device comprising such a release.
  • Electrical switching devices such as circuit breakers, protect an electrical installation against an electrical fault.
  • Such an electrical switching device comprises an actuable cut-off block, adapted to interrupt the flow of an electric current, and a trip unit for detecting an electrical fault and, in response, mechanically actuate the cut-off block to cut off the current.
  • a combination of several trip units of different technologies is used, each one adapted to detect a specific electrical fault.
  • a magnetic trip unit can detect an electrical fault of the short-circuit type, with a rapid response.
  • a thermal trip device is used to detect an overcurrent type fault, with a longer reaction time.
  • these two triggers are closely associated with each other within the electrical device. This is then referred to as a magnetothermal release.
  • thermal-magnetic trip unit An example of a thermal-magnetic trip unit is described in the patent EP-2733720-B1 or in the document FR-2 043 526-A1 .
  • Known thermal trip units include a bimetal, that is to say a laminated assembly of two metal plates having different thermal expansion coefficients.
  • the electric current flowing in the trip unit expands the two blades by the Joule effect, which, due to their different nature, causes a deformation of the bimetallic strip, so as to drive an actuator of the control unit in motion. cut.
  • the thermal trip unit is heated by the Joule effect, by passing the electric current which circulates in the trip unit directly through the bimetallic strip.
  • the bimetallic strip is crossed by an electric current, including during a fault of the short-circuit type.
  • a drawback is that the bimetallic strip is not always sized to withstand such a short-circuit current, which is of higher intensity than that encountered in the event of an overcurrent.
  • thermomagnetic trip unit for an electrical switching device of small current rating which exhibits satisfactory reliability and durability.
  • the mobile armature is connected to the first connection terminal
  • the fixed armature is connected to the second connection terminal
  • the respective contact zones of the fixed armature and of the mobile armature are made in electrically conductive materials which have a low weldability between them
  • at least one contact area is made of a metallic material, chosen from the group comprising copper, steel, aluminum, Dural alloy, an aluminum alloy A -G3 or A-G4, and the materials of the contact zones belonging respectively to the fixed and mobile reinforcements are different.
  • placing the fixed and mobile armatures in contact in the second position allows the flow of electric current between the connection terminals without passing through the bimetallic strip. This makes it possible to divert at least part of the electric current from the bimetallic strip. The risk of the bimetallic strip overheating is therefore reduced.
  • the choice of materials forming the contact zone limits the risk of accidental welding between the fixed and mobile reinforcements during the passage of electric current. The reliability of the trigger assembly is thus improved.
  • the trigger assembly of this switching device is according to the above.
  • the figure 1 schematically shows an electrical switching device 2, such as a circuit breaker.
  • an electrical switching device 2 such as a circuit breaker.
  • this is a low voltage circuit breaker.
  • the device 2 comprises a cut-off unit 4 and a trip unit 6.
  • the device 2 is intended to be connected to an electrical installation 8 to be protected, called a customer installation.
  • the trip unit 6 comprises connection terminals, or connection pads, denoted 10 and 12, which connect it, respectively, to the cut-off 4 and to the customer's installation 8.
  • the cut-off unit is also connected to a supply line by upstream connection terminals, not shown.
  • the cut-off unit 4 allows the current to be interrupted when it is triggered by the assembly 6.
  • the cut-off unit 4 comprises separable electrical contacts which can be moved between an open state and a closed state.
  • the assembly 6 is configured to monitor the electric current flowing to the installation 8 and, in the event of an electrical fault, to trigger the opening of the cut-off unit 4.
  • the electrical fault can be an overload current or a short. circuit.
  • the assembly 6 here comprises a thermomagnetic trip unit, formed by the association of a thermal trip unit and a magnetic trip unit, each preferably being suitable for detecting one type of electrical fault.
  • the assembly 6 is a small-caliber trip unit, for example the “Ir” trip intensity of which is less than or equal to 20 Amps.
  • the assembly 6 is described for a single electrical pole of the device 2.
  • the device 2 can be a multipolar device, intended to protect a polyphase electrical installation.
  • set 6 is modified accordingly.
  • the assembly 6 comprises a housing 14, for example a molded plastic housing.
  • This housing 14 contains the constituents of the assembly 6.
  • the assembly 6 comprises a thermal trip device, a magnetic trip unit and a trip arm 20 intended to be mechanically coupled with a switching mechanism of the device 2, for example with a known energy storage mechanism.
  • the trigger arm 20 comprises a first actuating lever 22 and a second actuating lever 24, respectively associated with the magnetic trigger and the thermal trigger.
  • the trigger arm 20 rotates and activates the switching mechanism to open the contacts of the cut-off block so as to interrupt the flow of gas. current in the device 2.
  • the trigger arm 20 is a shaft mounted in rotation with respect to the housing 14.
  • the thermal trip device comprises a bimetallic strip 30, that is to say a laminated assembly of two metal strips having different thermal expansion coefficients.
  • This bimetallic strip 30 is intended to be crossed by the current which circulates between the terminals 10 and 12, as explained in what follows.
  • the bimetallic strip 30 is adapted to deform when the current flowing through it exceeds a first predefined threshold, so as to actuate the first actuating lever 24.
  • the bimetallic strip 30 extends from a base of the housing 14 towards an upper face of the housing 14.
  • the upper end of the bimetallic strip 30 is free to move when the bimetal is deformed and is placed opposite the actuating lever. 24.
  • the first threshold corresponds for example to a tripping threshold for a long-time fault of the overload current type.
  • the magnetic trip unit comprises a movable armature 34, a fixed armature 32 and an electrical conductor 36.
  • the electrical conductor 36 and the bimetallic strip 30 are electrically connected in series with one another between the connection terminals 10 and 12.
  • the conductor 36 acts as a complementary heating element for the bimetallic strip 30.
  • the bimetal 30 is maintained in direct contact with a curved portion of the terminal 12 by tightening by means of a metal screw 31, here at the base of the bimetal 30.
  • the movable armature 34 is adapted to move from a first position to a second position when the current flowing in the electrical conductor 36 exceeds a second predefined threshold. In the first position, the movable armature 34 is moved away from the fixed armature 32. In the second position, the movable armature 34 is in contact with the fixed armature 32. The contact is made at the contact zones of the reinforcements 32 and 34.
  • Frame 34 is shown in the first position on the figure 3 and in the second position on figures 2 and 4 .
  • the contact zones correspond to portions of the outer surface of the frames 32 and 34 at which the frames 32 and 34 touch each other when the movable frame 34 is in the second position.
  • the reference Z32 designates the contact zone or zones of the armature 32.
  • the reference Z34 designates the contact zone or zones of the armature 34.
  • the second threshold corresponds for example to a tripping threshold for a short-time fault of the short-circuit type. It is therefore different from the first threshold.
  • the armatures 32 and 34 are further provided with magnetic elements.
  • the armatures 32 and 34 thus form a magnetic circuit with a variable air gap.
  • the air gap is here formed by the air present inside the case and surrounding the frames 32 and 34. In the second position, the air gap is zero.
  • the frames 32 and 34 at least partially surround the conductor 36 and face each other. When a current flows in the conductor 36, it creates a magnetic force which brings the armature 34 closer to the armature 32.
  • the frames 32 and 34 both have portions the cross section of which is U-shaped, each comprising two arms extending essentially perpendicularly from a bottom. As shown in figures 5 and 6 , the contact zones Z32 and Z34 are here located on the ends of the arms.
  • the assembly 6 comprises a movable pallet 38 fixed to the movable frame 34.
  • the pallet 38 is mounted at the rear of the frame 34, it being understood that the front of the frame 34 is turned towards the 'frame 32. It is therefore understood that the pallet 38 accompanies the movement of the frame 34 between the first and second positions.
  • the assembly formed by the pallet 38 and the frame 34 is mounted to pivot, thanks to a pivot link 40, relative to a fixed bracket 42 integral with the housing 14.
  • the link 40 allows the movement of the frame 34 between the first and second positions.
  • the pivot link 40 comprises a rod connected to the caliper 42.
  • a stop 44 is mounted on the caliper 42 so as to limit the travel of the pallet 38 when it returns to the first position.
  • the pivot connection 40 is here provided at the base of the frame 34 and of the pallet 38.
  • the upper end of the movable pallet 38 is placed opposite the actuating lever 22, so as to press on the lever. actuation 22 when it moves to the second position.
  • the assembly 6 comprises a return spring 46, preferably a helical spring, to return the movable armature 34 to the first position.
  • the spring 46 is connected to the pallet 38 and to the frame 42.
  • connection element such as a copper connection braid 48.
  • other elements can be used.
  • the mobile armature 34 is electrically connected to the first terminal 10 by means of the part 62 and the fixed armature 32 is electrically connected to the second terminal 12 by through room 60.
  • the armature 32 is electrically connected with the curved portion of the terminal 12 via the part 60 and with the bimetal 30 by contact while being held by clamping thanks to the screw 31.
  • electrical connection elements can be used, for example connection braids, or cables, or preformed rigid conductors.
  • the element bearing the reference T symbolizes the thermal release.
  • the elements bearing the reference M1 and M2 correspond to the magnetic trip unit. More precisely, the element M2 symbolically represents a switch, to illustrate the role played by the movement of the armatures 32 and 34 between them. The second position corresponds to an on state of switch M2 allowing current to flow through branch R2, and the first position corresponds to a blocking state.
  • Element M1 symbolically represents a command for switch M2, illustrating the role played by conductor 36 to control the movement of armature 34.
  • the electrical conductor 36 and the bimetallic strip 30 together form a first branch R1 of an electrical circuit for the circulation of an electric current between the connection terminals 10, 12. Furthermore, in the second position, the armatures 32 and 34 in contact with each other form a second branch R2 of the electric circuit for the circulation of an electric current between the connection terminals 10, 12. This second branch R2 is electrically disposed in parallel with the first branch R1.
  • the first branch R1 has an impedance greater than the impedance of the second branch R2, for example an impedance ten times greater than that of the second branch R2, preferably an impedance one hundred times greater than that of the second branch R2 .
  • the difference in impedance between the first and second branches R1 and R2 is partly due to the high impedance of the bimetallic strip 30.
  • the electric current which circulates in the assembly 6 between the terminals 10 and 12 is at least partly diverted from the bimetallic strip 30 and passes through the reinforcements 32, 34, since their bringing into contact forms a privileged path for the current flow, because of its lower impedance than that of the first branch R1.
  • the respective contact zones Z32 and Z34 of the fixed armature 32 and of the movable armature 34 are made of electrically conductive materials which exhibit low weldability between them.
  • each reinforcement 32, 34 has two contact zones, due to their shape described above. It will be understood that as a variant, the number of contact zones may be different if the frame 32 and / or the frame 34 have a different shape.
  • the contact zones Z32, Z34 are each formed by an insert 60, 62, fixed on a body of the corresponding fixed or movable frame 32, 34.
  • the added element is, for example, a coating, or a plate, or a sheet, or a contact pad, or any other equivalent element.
  • each reinforcement 32, 34 comprises an added element, denoted 60 and 62 respectively, on which all the contact zones Z32, Z34 associated with this reinforcement are formed.
  • the reinforcements 32, 34 are two-material pieces, comprising a main material on which are formed zones formed of a second different material to form the contact zones.
  • the reinforcements 32, 34 are formed from one and the same material.
  • the materials forming the contact zones Z32, Z34 which are intended to come into direct contact with one another when the armature 34 is in the second position are chosen with respect to each other so as to avoid a weld when the electric current flows in the branch R2.
  • two materials are said to have a “low weldability” when they do not weld together when they are placed in direct contact with one another and are traversed by a. electric current of intensity equal to 500 A for a period equal to 8 ms, the electric current flowing through a contact surface between the two materials whose surface area is less than or equal to 1 cm 2 . It could also be expected that the materials do not not weld together when they are in direct contact with each other and are traversed by an electric current of intensity equal to 100A for a period equal to 1 ms, the electric current flowing through a contact surface between the two materials with an area less than or equal to 1cm 2 .
  • At least one contact zone Z32, Z34 is made of a metallic material, chosen from the group comprising copper, steel, aluminum, the Dural alloy, an aluminum alloy A-G3 or A-G4.
  • the materials of the contact zones Z32, Z34 belonging respectively to the fixed and mobile reinforcements 32, 34 are different.
  • the respective bodies of the frames 32 and 34 are preferably made of steel.
  • This material has good mechanical strength and makes it possible to efficiently channel the magnetic flux generated by the pole elements so as to ensure the operation of the magnetic trip unit.
  • steel is used here with a carbon mass concentration of less than 0.2%.
  • the element 60 is here a copper plate, fixed to the body of the frame 32.
  • the element 62 is here an aluminum plate, fixed to the body of the frame 34.
  • one or more contact zones are made of graphite.
  • each contact zone Z32, Z34 is formed by a graphite pellet attached to the body of the corresponding reinforcement 32, 34.
  • This patch can be directly electrically connected to the corresponding terminal 10, 12 via a dedicated connector.
  • bringing the armatures 32 and 34 into contact in the second position allows the flow of electric current between the connection terminals 10 and 12 without passing through the bimetallic strip 30. This makes it possible to divert at least part of the current. electrical bimetal 30. The risk of overheating of bimetallic strip 30 is therefore reduced.
  • the choice of materials forming the contact zones Z32, Z34 limits the risk of accidental welding between the reinforcements 32 and 34 during the passage of electric current from one to the other when they are in the second position. The reliability of the trigger assembly 6 is thus improved.
  • the assembly 6 can therefore be used as a magnetothermal trip unit for an electrical switching device of small current rating, which exhibits satisfactory reliability and durability.
  • the contact zone or zones Z34 of the mobile armature 34 are directly connected to the first terminal 10.
  • element 42 extends to the base of frame 64 to guide electric current to terminal 10, preferably by preventing current from passing through the shaft of pivot link 40.
  • the contact zone or zones Z32 of the fixed armature 32 are directly connected to the second terminal 12.
  • contact zones Z32, Z34 can extend over the corresponding reinforcement 32, 34 outside the contact zones.
  • the return spring 46 preferably helical, is coated with an insulating material.
  • the insulating material is preferably a fluoropolymer, for example made of PTFE, such as the material known under the trade mark “Teflon”.

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Description

  • La présente invention concerne un déclencheur pour un appareil de commutation électrique et un appareil de commutation électrique comportant un tel déclencheur.
  • Les appareils de commutation électrique, tels que les disjoncteurs, permettent de protéger une installation électrique contre un défaut électrique.
  • Un tel appareil de commutation électrique comporte un bloc de coupure actionnable, adapté pour interrompre la circulation d'un courant électrique, et un ensemble déclencheur servant à détecter un défaut électrique et, en réponse, actionner mécaniquement le bloc de coupure pour interrompre le courant.
  • En pratique, on utilise une association de plusieurs déclencheurs de technologies différentes, chacun étant adapté pour détecter un défaut électrique spécifique. Par exemple, un déclencheur magnétique permet de détecter un défaut électrique de type court-circuit, avec une réponse rapide. Un déclencheur thermique permet de détecter un défaut de type surintensité, avec un temps de réaction plus long.
  • Généralement, ces deux déclencheurs sont étroitement associés l'un avec l'autre au sein de l'appareil électrique. On parle alors de déclencheur magnétothermique.
  • Un exemple d'un ensemble déclencheur magnétothermique est décrit dans le brevet EP-2733720-B1 ou dans le document FR-2 043 526-A1 .
  • Les déclencheurs thermiques connus comportent un bilame, c'est-à-dire un assemblage laminé de deux lames métalliques présentant des coefficients de dilatation thermiques différents. En cas de surintensité, le courant électrique circulant dans le déclencheur dilate les deux lames par effet Joule, ce qui, du fait de leur nature différente, cause une déformation du bilame, de sorte à entraîner en mouvement un organe d'actionnement du bloc de coupure.
  • En pratique, dans certaines architectures, le déclencheur thermique est chauffé par effet Joule, en faisant passer directement dans le bilame le courant électrique qui circule dans le déclencheur. Une conséquence est que le bilame est traversé par un courant électrique, y compris lors d'un défaut de type court-circuit.
  • Un inconvénient est que le bilame n'est pas toujours dimensionné pour résister à un tel courant de court-circuit, qui est d'intensité plus élevée que celle rencontrée en cas de surintensité.
  • Cela pose problème dans le cas de déclencheurs de petit calibre, par exemple calibrés pour un courant de déclenchement en surintensité d'intensité inférieure ou égale à 20 Ampères, car le bilame doit alors être conçu pour se déformer dès l'apparition d'un courant de défaut de faible intensité. Le passage dans le bilame d'un courant de court-circuit qui, dans d'autres circonstances ne poserait pas de problème, cause alors des problèmes irrémédiables.
  • Notamment, le passage d'un courant de court-circuit au travers du bilame génère une élévation de température rapide et importante, supérieure aux températures nominales de fonctionnement. Cela génère des contraintes mécaniques qui entraînent des déformations irréversibles du bilame et du déclencheur thermique, voire même une détérioration des organes mécaniques environnants. Le problème est aggravé dans le cas de gammes contemporaines de déclencheurs pour lesquels une miniaturisation accrue est recherchée.
  • Au final, cela compromet la fonction de déclenchement thermique, notamment après court-circuit, rendant ainsi l'appareil de commutation incapable de jouer son rôle face à certains défauts électriques, ce qui n'est pas acceptable.
  • Il existe donc un besoin pour un déclencheur magnétothermique pour un appareil de commutation électrique de petit calibre en courant qui présente une fiabilité et une durabilité satisfaisantes.
  • A cet effet, l'invention concerne un ensemble déclencheur magnétothermique pour un appareil de commutation électrique, tel qu'un disjoncteur, cet ensemble comprenant :
    • un déclencheur thermique,
    • un déclencheur magnétique, et
    • un bras de déclenchement destiné à être couplé mécaniquement avec un mécanisme de commutation de l'appareil de commutation électrique, ce bras de déclenchement comportant des premier et deuxième leviers d'actionnement ;
    le déclencheur thermique comportant un bilame adapté pour se déformer lorsque le courant qui le traverse dépasse un premier seuil prédéfini, de façon à actionner le premier levier d'actionnement ;
    le déclencheur magnétique comporte une armature mobile, une armature fixe et un conducteur électrique ;
    l'armature mobile étant adaptée pour se déplacer depuis une première position, dans laquelle l'armature mobile est éloignée de l'armature fixe, vers une deuxième position, dans laquelle l'armature mobile est en contact avec l'armature fixe au niveau de zones de contact, lorsque le courant qui circule dans le conducteur électrique dépasse un deuxième seuil prédéfini, le déplacement de l'armature mobile vers la deuxième position actionnant le deuxième levier d'actionnement ;
    le conducteur électrique et le bilame étant connectés électriquement en série l'un avec l'autre entre des premier et deuxième terminaux de raccordement de l'ensemble déclencheur.
  • Selon l'invention, l'armature mobile est raccordée au premier terminal de raccordement, l'armature fixe est raccordée au deuxième terminal de raccordement, et les zones de contact respectives de l'armature fixe et de l'armature mobile sont réalisées en des matériaux électriquement conducteurs qui présentent une faible soudabilité entre eux, au moins une zone de contact est en une matière métallique, choisie parmi le groupe comportant le cuivre, l'acier, l'aluminium, l'alliage Dural, un alliage d'aluminium A-G3 ou A-G4, et les matériaux des zones de contact appartenant respectivement aux armatures fixe et mobile sont différents.
  • Grâce à l'invention, la mise en contact des armatures fixe et mobile dans la deuxième position autorise la circulation du courant électrique entre les terminaux de raccordement sans passer par le bilame. Cela permet de détourner au moins une partie du courant électrique du bilame. Le risque de surchauffe du bilame est donc réduit. De plus, le choix des matériaux formant la zone de contact limite le risque de soudure accidentelle entre les armatures fixe et mobile lors du passage du courant électrique. La fiabilité de l'ensemble déclencheur est ainsi améliorée.
  • Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel ensemble déclencheur peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible :
    • Les zones de contacts sont formées par un élément rapporté, tel qu'un revêtement, ou une plaque, ou une pastille de contact, fixé sur un corps de l'armature fixe ou mobile correspondante.
    • Au moins une zone de contact est en graphite.
    • La ou les zones de contact de l'armature mobile sont directement connectées au premier terminal.
    • La ou les zones de contact de l'armature fixe sont directement connectées au deuxième terminal.
    • Le déclencheur magnétique comporte un ressort de rappel, de préférence un ressort hélicoïdal, pour ramener l'armature mobile vers la première position, ledit ressort de rappel étant enrobé d'un matériau isolant.
    • Le matériau isolant est du téflon.
    • Le conducteur électrique et le bilame forment ensemble une première branche d'un circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement, alors que, dans la deuxième position, les armatures fixe et mobile en contact l'une avec l'autre forment une deuxième branche du circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement, cette deuxième branche étant électriquement disposée en parallèle avec la première branche, et alors que la première branche présente une impédance supérieure à l'impédance de la deuxième branche, par exemple une impédance dix fois supérieure à celle de la deuxième branche, de préférence une impédance cent fois supérieure à celle de la deuxième branche.
  • Selon un autre aspect, l'invention concerne un appareil de commutation électrique, notamment un disjoncteur, comportant :
    • un bloc de coupure à contacts électriques séparables ;
    • un ensemble déclencheur adapté pour déclencher l'ouverture des contacts électriques du bloc de coupure en cas de détection d'un défaut électrique.
  • Selon l'invention, l'ensemble déclencheur de cet appareil de commutation est selon ce qui précède.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un ensemble déclencheur donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une illustration schématique d'un appareil de commutation électrique comportant un ensemble déclencheur selon l'invention ;
    • la figure 2 est une représentation schématique, selon une vue de profil, d'un exemple d'un ensemble déclencheur selon l'invention ;
    • les figures 3 et 4 sont des représentations schématiques, selon une vue en coupe, de l'ensemble déclencheur de la figure 2 ;
    • les figures 5 et 6 sont des représentations schématiques d'éléments de l'ensemble déclencheur des figures 2 à 4.
  • La figure 1 représente schématiquement un appareil de commutation électrique 2, tel qu'un disjoncteur. Par exemple, il s'agit d'un disjoncteur à basse tension.
  • L'appareil 2 comporte un bloc de coupure 4 et un ensemble déclencheur 6. L'appareil 2 est destiné à être connecté à une installation électrique 8 à protéger, dite installation client. L'ensemble déclencheur 6 comporte des terminaux de raccordement, ou plages de raccordement, notés 10 et 12, qui le connectent, respectivement, au bloc de coupure 4 et à l'installation client 8. Le bloc de coupure est quant à lui également connecté à une ligne alimentation par des terminaux de raccordement amont, non illustrés.
  • De façon connue, le bloc de coupure 4 permet l'interruption du courant lorsqu'il est déclenché par l'ensemble 6. Par exemple, le bloc de coupure 4 comporte des contacts électriques séparables déplaçables entre un état ouvert et un état fermé.
  • L'ensemble 6 est configuré pour surveiller le courant électrique qui circule vers l'installation 8 et, en cas de défaut électrique, pour déclencher l'ouverture du bloc de coupure 4. Le défaut électrique peut être un courant de surcharge ou un court-circuit.
  • L'ensemble 6 comporte ici un déclencheur thermomagnétique, formé par l'association d'un déclencheur thermique et d'un déclencheur magnétique, chacun étant de préférence adapté pour détecter un type de défaut électrique.
  • Par exemple, l'ensemble 6 est un déclencheur de petit calibre, par exemple dont l'intensité de déclenchement « Ir » est inférieure ou égale à 20 Ampères.
  • Un exemple de mise en œuvre de l'ensemble 6 est décrit en référence aux figures 2 à 6.
  • Dans l'exemple qui suit, l'ensemble 6 est décrit pour un seul pôle électrique de l'appareil 2. En pratique, l'appareil 2 peut être un appareil multipolaire, destiné à protéger une installation électrique polyphasée. Dans ce cas, l'ensemble 6 est modifié en conséquence.
  • L'ensemble 6 comporte un boîtier 14, par exemple un boîtier moulé en matière plastique. Ce boîtier 14 renferme les constituants de l'ensemble 6.
  • L'ensemble 6 comporte un déclencheur thermique, un déclencheur magnétique et un bras de déclenchement 20 destiné à être couplé mécaniquement avec un mécanisme de commutation de l'appareil 2, par exemple avec un mécanisme à accumulation d'énergie connu.
  • Le bras de déclenchement 20 comporte un premier levier d'actionnement 22 et un deuxième levier d'actionnement 24, respectivement associés avec le déclencheur magnétique et le déclencheur thermique. Lorsque l'un ou l'autre des leviers d'actionnement 22 et 24 est déplacé par le déclencheur correspondant, le bras de déclenchement 20 tourne et active le mécanisme de commutation pour ouvrir les contacts du bloc de coupure de sorte à interrompre la circulation du courant dans l'appareil 2. Par exemple, le bras de déclenchement 20 est un arbre monté en rotation par rapport au boîtier 14.
  • Le déclencheur thermique comporte un bilame 30, c'est-à-dire un assemblage laminé de deux lames métalliques présentant des coefficients de dilatation thermiques différents. Ce bilame 30 est destiné à être traversé par du courant qui circule entre les terminaux 10 et 12, comme expliqué dans ce qui suit. Le bilame 30 est adapté pour se déformer lorsque le courant qui le traverse dépasse un premier seuil prédéfini, de façon à actionner le premier levier d'actionnement 24.
  • Par exemple, le bilame 30 s'étend depuis une base du boîtier 14 vers une face supérieure du boîtier 14. L'extrémité supérieure du bilame 30 est libre de se déplacer lorsque le bilame se déforme et est placée en regard du levier d'actionnement 24.
  • Le premier seuil correspond par exemple à un seuil de déclenchement pour un défaut à temps long de type courant de surcharge.
  • Le déclencheur magnétique comporte une armature mobile 34, une armature fixe 32 et un conducteur électrique 36.
  • Le conducteur électrique 36 et le bilame 30 sont connectés électriquement en série l'un avec l'autre entre les terminaux de raccordement 10 et 12. Avantageusement, le conducteur 36 joue le rôle d'élément de chauffe complémentaire pour le bilame 30.
  • Par exemple, le bilame 30 est maintenu en contact direct avec une portion recourbée du terminal 12 par serrage au moyen d'une vis 31 métallique, ici au niveau de la base du bilame 30.
  • L'armature mobile 34 est adaptée pour se déplacer depuis une première position vers une deuxième position lorsque le courant qui circule dans le conducteur électrique 36 dépasse un deuxième seuil prédéfini. Dans la première position, l'armature mobile 34 est éloignée de l'armature fixe 32. Dans la deuxième position, l'armature mobile 34 est en contact avec l'armature fixe 32. Le contact est réalisé au niveau de zones de contact des armatures 32 et 34.
  • L'armature 34 est illustrée dans la première position sur la figure 3 et dans la deuxième position sur les figures 2 et 4.
  • Les zones de contact correspondent à des portions de la surface extérieure des armatures 32 et 34 au niveau desquelles les armatures 32 et 34 se touchent l'une avec l'autre lorsque l'armature mobile 34 est dans la deuxième position. La référence Z32 désigne la ou les zones de contact de l'armature 32. La référence Z34 désigne la ou les zones de contact de l'armature 34.
  • Le déplacement de l'armature mobile 34 vers la deuxième position actionne le levier d'actionnement 22.
  • Le deuxième seuil correspond par exemple à un seuil de déclenchement pour un défaut à temps court de type court-circuit. Il est donc différent du premier seuil.
  • De façon connue, les armatures 32 et 34 sont en outre pourvues d'éléments magnétiques Les armatures 32 et 34 forment ainsi un circuit magnétique à entrefer variable. L'entrefer est ici formé par l'air présent à l'intérieur du boîtier et entourant les armatures 32 et 34. Dans la deuxième position, l'entrefer est nul. En pratique, les armatures 32 et 34 entourent au moins en partie le conducteur 36 et se font face l'une avec l'autre. Lorsqu'un courant circule dans le conducteur 36, il crée une force magnétique qui rapproche l'armature 34 de l'armature 32.
  • Le principe de fonctionnement d'un déclencheur magnétique est connu et n'est pas décrit plus en détail.
  • Dans le mode de réalisation illustré et décrit à titre d'exemple, les armatures 32 et 34 présentent toutes deux des portions dont la section transversale est en forme de U, comportant chacune deux bras s'étendant essentiellement perpendiculairement depuis un fond. Comme illustré aux figures 5 et 6, les zones de contact Z32 et Z34 sont ici situées sur les extrémités des bras.
  • Comme illustré aux figures 2, 3 et 4, l'ensemble 6 comporte une palette mobile 38 fixée à l'armature mobile 34. Ici, la palette 38 est montée à l'arrière de l'armature 34, étant entendu que l'avant de l'armature 34 est tourné vers l'armature 32. On comprend donc que la palette 38 accompagne le déplacement de l'armature 34 entre les première et deuxième positions.
  • L'ensemble formé par la palette 38 et l'armature 34 est monté pivotant, grâce à une liaison pivot 40, par rapport à un étrier fixe 42 solidaire du boîtier 14. Ainsi, la liaison 40 autorise le déplacement de l'armature 34 entre les première et deuxième positions.
  • Par exemple, la liaison pivot 40 comporte une tige connectée à l'étrier 42. Une butée 44 est montée sur l'étrier 42 de sorte à limiter la course de la palette 38 lorsqu'elle retourne vers la première position.
  • La liaison pivot 40 est ici ménagée à la base de l'armature 34 et de la palette 38. L'extrémité supérieure de la palette mobile 38 est placée en regard du levier d'actionnement 22, de sorte à appuyer sur le levier d'actionnement 22 lorsqu'elle se déplace vers la deuxième position.
  • Avantageusement, l'ensemble 6 comporte un ressort de rappel 46, de préférence un ressort hélicoïdal, pour ramener l'armature mobile 34 vers la première position. Par exemple, le ressort 46 est connecté à la palette 38 et à l'armature 42.
  • Avantageusement, la connexion électrique entre le bilame 30 et le conducteur 36 est ici réalisé au moyen d'un élément de connexion tel qu'une tresse 48 de connexion en cuivre. En variante, d'autres éléments peuvent être utilisés.
  • En outre, selon des modes privilégiés de mise en œuvre de l'invention, l'armature mobile 34 est raccordée électriquement au premier terminal 10 par l'intermédiaire de la pièce 62 et l'armature fixe 32 est raccordée électriquement au deuxième terminal 12 par l'intermédiaire de la pièce 60.
  • Par exemple, l'armature 32 est connectée électriquement avec la portion recourbée du terminal 12 par l'intermédiaire de la pièce 60 et avec le bilame 30 par contact en étant maintenu par serrage grâce à la vis 31.
  • En variante, des éléments de connexion électrique peuvent être utilisé, par exemple des tresses de connexion, ou des câbles, on des conducteurs rigides préformés.
  • Sur le schéma illustratif de la figure 1, l'élément portant la référence T symbolise le déclencheur thermique. Les éléments portant la référence M1 et M2 correspondent au déclencheur magnétique. Plus précisément, l'élément M2 représente symboliquement un interrupteur, pour illustrer le rôle joué par le déplacement des armatures 32 et 34 entre elles. La deuxième position correspond à un état passant de l'interrupteur M2 autorisant le passage du courant dans la branche R2, et la première position correspond à un état bloquant. L'élément M1 représente symboliquement une commande de l'interrupteur M2, illustrant le rôle joué par le conducteur 36 pour commander le déplacement de l'armature 34.
  • De façon générale, le conducteur électrique 36 et le bilame 30 forment ensemble une première branche R1 d'un circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement 10, 12. De plus, dans la deuxième position, les armatures 32 et 34 en contact l'une avec l'autre forment une deuxième branche R2 du circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement 10, 12. Cette deuxième branche R2 est électriquement disposée en parallèle avec la première branche R1.
  • De plus, la première branche R1 présente une impédance supérieure à l'impédance de la deuxième branche R2, par exemple une impédance dix fois supérieure à celle de la deuxième branche R2, de préférence une impédance cent fois supérieure à celle de la deuxième branche R2. Par exemple, la différence d'impédance entre les première et deuxième branches R1 et R2 est en partie due à l'impédance élevée du bilame 30.
  • Ainsi, dans la deuxième position, le courant électrique qui circule dans l'ensemble 6 entre les terminaux 10 et 12 est au moins en partie détourné du bilame 30 et passe par les armatures 32, 34, puisque leur mise en contact forme un chemin privilégié pour l'écoulement du courant, du fait de son impédance moindre que celle de la première branche R1.
  • De plus, selon des modes privilégiés de mise en œuvre de l'invention, les zones de contact respectives Z32 et Z34 de l'armature fixe 32 et de l'armature mobile 34 sont réalisées en des matériaux électriquement conducteurs qui présentent une faible soudabilité entre eux.
  • Selon les modes de mise en œuvre illustrés, chaque armature 32, 34 comporte deux zones de contact, du fait de leur forme précédemment décrite. On comprend qu'en variante, le nombre de zones de contact peut être différent si l'armature 32 et/ou l'armature 34 ont une forme différente.
  • De préférence, les zones de contact Z32, Z34 sont formées chacune par un élément rapporté 60, 62, fixé sur un corps de l'armature fixe ou mobile 32, 34 correspondante. L'élément rapporté est, par exemple, un revêtement, ou une plaque, ou une feuille, ou une pastille de contact, ou tout autre élément équivalent.
  • Comme illustré aux figures 5 et 6, dans cet exemple, chaque armature 32, 34 comporte un élément rapporté, respectivement noté 60 et 62, sur lequel sont formées toutes les zones de contact Z32, Z34 associées à cette armature.
  • Selon des variantes non illustrées, les armatures 32, 34 sont des pièces bi-matière, comprenant un matériau principal sur lequel sont ménagés des zones formées d'un deuxième matériau différent pour former les zones de contact.
  • Selon encore d'autres variantes, les armatures 32, 34 sont formées d'un seul et même matériau.
  • Les matériaux formant les zones de contact Z32, Z34 qui sont destinées à venir en contact direct l'une avec l'autre lorsque l'armature 34 est dans la deuxième position sont choisis l'un par rapport à l'autre de manière à éviter une soudure lorsque le courant électrique circule dans la branche R2.
  • Par exemple, au sens de la présente description, deux matériaux sont dits présenter une « faible soudabilité » lorsqu'ils ne se soudent pas entre eux alors qu'ils sont mis en contact direct l'un avec l'autre et sont traversés par un courant électrique d'intensité égale à 500 A pendant une durée égale à 8 ms, le courant électrique circulant au travers d'une surface de contact entre les deux matériaux dont la superficie est inférieure ou égale à 1cm2. On pourrait également prévoir que les matériaux ne se soudent pas entre eux alors qu'ils sont mis en contact direct l'un avec l'autre et sont traversés par un courant électrique d'intensité égale à 100A pendant une durée égale à 1 ms, le courant électrique circulant au travers d'une surface de contact entre les deux matériaux dont la superficie est inférieure ou égale à 1cm2.
  • Selon des modes de réalisation, au moins une zone de contact Z32, Z34 est en une matière métallique, choisie parmi le groupe comportant le cuivre, l'acier, l'aluminium, l'alliage Dural, un alliage d'aluminium A-G3 ou A-G4. De plus, les matériaux des zones de contact Z32, Z34 appartenant respectivement aux armatures fixe et mobile 32, 34 sont différents.
  • Dans cet exemple, les corps respectifs des armatures 32 et 34 sont réalisés de préférence en acier. Ce matériau présente une bonne tenue mécanique et permet de canaliser efficacement le flux magnétique généré par les éléments polaires de manière à assurer le fonctionnement du déclencheur magnétique. Par exemple, on utilise ici de l'acier avec une concentration massique en carbone inférieure à 0,2%.
  • L'élément 60 est ici une plaque en cuivre, fixée sur le corps de l'armature 32.
  • L'élément 62 est ici une plaque en aluminium, fixée sur le corps de l'armature 34.
  • D'autres combinaisons de matériaux et d'autres agencements sont toutefois possibles. Notamment, selon d'autres modes de réalisation, une ou plusieurs zones de contact sont en graphite. Par exemple, chaque zone de contact Z32, Z34 est formée par une pastille de graphite rapportée sur le corps de l'armature 32, 34 correspondante. Cette pastille peut être directement connectée électriquement au terminal 10, 12 correspondant par l'intermédiaire d'un connecteur dédié.
  • Grâce à l'invention, la mise en contact des armatures 32 et 34 dans la deuxième position autorise la circulation du courant électrique entre les terminaux de raccordement 10 et 12 sans passer par le bilame 30. Cela permet de détourner au moins une partie du courant électrique du bilame 30. Le risque de surchauffe du bilame 30 est donc réduit. De plus, le choix des matériaux formant les zones de contact Z32, Z34 limite le risque de soudure accidentelle entre les armatures 32 et 34 lors du passage du courant électrique de l'une à l'autre quand elles sont dans la deuxième position. La fiabilité de l'ensemble déclencheur 6 est ainsi améliorée.
  • L'ensemble 6 peut donc être utilisé comme un déclencheur magnétothermique pour un appareil de commutation électrique de petit calibre en courant, qui présente une fiabilité et une durabilité satisfaisantes.
  • Il est remarquable de noter que, dans les déclencheurs magnétothermiques connus, les armatures fixe et mobile du déclencheur magnétique ne sont pas destinées à être traversées par un courant électrique, ceci afin d'éviter tout risque de soudure accidentelle entre les armatures fixe et mobile, car une telle soudure serait préjudiciable au bon fonctionnement ultérieur du déclencheur. Ainsi, les armatures fixe et mobile des déclencheurs magnétiques connus sont revêtues d'un matériau électriquement isolant pour les empêcher d'être traversées par un courant électrique. L'ensemble 6 va donc à l'encontre de ce préjugé technique, en vue d'obtenir les avantages techniques précités.
  • Avantageusement, la ou les zones de contact Z34 de l'armature mobile 34 sont directement connectées au premier terminal 10.
  • Par exemple, l'élément 42 s'étend jusqu'à la base de l'armature 64 pour guider le courant électrique jusque vers le terminal 10, de préférence en empêchant le courant de passer dans l'arbre de la liaison pivot 40.
  • Avantageusement, la ou les zones de contact Z32 de l'armature fixe 32 sont directement connectées au deuxième terminal 12.
  • On comprend que les matériaux formant les zones de contact Z32, Z34 peuvent s'étendre sur l'armature 32, 34 correspondante en dehors des zones de contact.
  • Le ressort de rappel 46, de préférence hélicoïdal, est enrobé d'un matériau isolant. Le matériau isolant est de préférence du fluoropolymère, par exemple en PTFE, tel que le matériau connu sous la marque commerciale « Téflon ».
  • Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation.

Claims (9)

  1. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) pour un appareil de commutation électrique (2), tel qu'un disjoncteur, cet ensemble (6) comprenant :
    - un déclencheur thermique (T),
    - un déclencheur magnétique (M1, M2), et
    - un bras de déclenchement (20) destiné à être couplé mécaniquement avec un mécanisme de commutation de l'appareil de commutation électrique (2), ce bras de déclenchement comportant des premier et deuxième leviers d'actionnement (22, 24) ;
    le déclencheur thermique comportant un bilame (30) adapté pour se déformer lorsque le courant qui le traverse dépasse un premier seuil prédéfini, de façon à actionner le premier levier d'actionnement (24) ;
    le déclencheur magnétique comporte une armature mobile (34), une armature fixe (32) et un conducteur électrique (36);
    l'armature mobile (34) étant adaptée pour se déplacer depuis une première position, dans laquelle l'armature mobile (34) est éloignée de l'armature fixe (32), vers une deuxième position, dans laquelle l'armature mobile (34) est en contact avec l'armature fixe (32) au niveau de zones de contact (60, 62), lorsque le courant qui circule dans le conducteur électrique (36) dépasse un deuxième seuil prédéfini, le déplacement de l'armature mobile (34) vers la deuxième position actionnant le deuxième levier d'actionnement (22) ;
    le conducteur électrique (36) et le bilame (30) étant connectés électriquement en série l'un avec l'autre entre des premier et deuxième terminaux de raccordement (10, 12) de l'ensemble déclencheur (6);
    l'armature mobile (34) étant raccordée au premier terminal (10) de raccordement, l'armature fixe (32) étant raccordée au deuxième terminal (12) de raccordement,
    les zones de contact respectives (60, 62) de l'armature fixe et de l'armature mobile étant réalisées en des matériaux électriquement conducteurs qui présentent une faible soudabilité entre eux,
    l'ensemble déclencheur étant caractérisé en ce qu'au moins une zone de contact est en une matière métallique, choisie parmi le groupe comportant le cuivre, l'acier, l'aluminium, l'alliage Dural, un alliage d'aluminium A-G3 ou A-G4,
    et en ce que les matériaux des zones de contact appartenant respectivement aux armatures fixe et mobile (32, 34) sont différents.
  2. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de contacts sont formées par un élément rapporté (60, 62), tel qu'un revêtement, ou une plaque, ou une pastille de contact, fixé sur un corps de l'armature fixe ou mobile (32, 34) correspondante.
  3. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une zone de contact est en graphite.
  4. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les zones de contact (Z34) de l'armature mobile (34) sont directement connectées au premier terminal (10).
  5. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou les zones de contact (Z32) de l'armature fixe (32) sont directement connectées au deuxième terminal (12).
  6. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déclencheur magnétique comporte un ressort de rappel (46), de préférence un ressort hélicoïdal, pour ramener l'armature mobile (34) vers la première position, ledit ressort de rappel étant enrobé d'un matériau isolant.
  7. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau isolant est du téflon.
  8. Ensemble déclencheur magnétothermique (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le conducteur électrique (36) et le bilame (30) forment ensemble une première branche (R1) d'un circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement (10, 12),
    en ce que, dans la deuxième position, les armatures fixe et mobile (32, 34) en contact l'une avec l'autre forment une deuxième branche (R2) du circuit électrique pour la circulation d'un courant électrique entre les terminaux de raccordement (10, 12), cette deuxième branche étant électriquement disposée en parallèle avec la première branche (R1),
    et en ce que la première branche (R1) présente une impédance supérieure à l'impédance de la deuxième branche (R2), par exemple une impédance dix fois supérieure à celle de la deuxième branche (R2), de préférence une impédance cent fois supérieure à celle de la deuxième branche (R2).
  9. Appareil de commutation électrique (2), notamment un disjoncteur, comportant :
    - un bloc de coupure (4) à contacts électriques séparables ;
    - un ensemble déclencheur (6) adapté pour déclencher l'ouverture des contacts électriques du bloc de coupure en cas de détection d'un défaut électrique ;
    cet appareil de commutation (2) étant caractérisé en ce que l'ensemble déclencheur (6) est selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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