FR2532793A1 - Short-circuit and differential hybrid trip unit equipped with a current transformer with common homopolar torus. - Google Patents
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Abstract
Description
DECLENCHEUR MIXTE DIFFERENTIEL ET DE COURT-CIRCUIT EQUIPE D'UNI TRANSFORtIATEUR D'INTENSITE A TORE HOMOPOLAIRE COMMUN.MIXED DIFFERENTIAL AND SHORT-CIRCUIT TRIGGER EQUIPPED WITH A COMMON HOMOPOLAR CURRENT INTENSITY TRANSFORMER.
L'invention concerne un dispositif de déclenchement mixte pour appareil de coupure à courant alternatif, notamment un disjoncteur ou un interrupteur différentiel bipolaire ou tétrapolaire, sensible à'la fois d un courant de défaut à la terre et à un courant due surcharge ou de court-circuit, et comprenant - un capteur d'intensité à transformateur différentiel du type homopolaire à noyau magnétique en forme de tore traversé par les conducteurs actifs du réseau alternatif, - un enroulement secondaire bobiné sur le tore et enliÙi- son électrique avec une bobine de commande d'un relais de déclenchement, - un mécanisme coopérant avec le relais de déclenchement pour provoquer l'ouverture automatique des contacts de l'appareil de coupure en cas de dépassement d'un seuil de déclenchement différentiel ou de surcharge.The invention relates to a mixed tripping device for an alternating current cut-off device, in particular a circuit breaker or a bipolar or four-pole differential switch, sensitive to both an earth fault current and an overload or short current -circuit, and comprising - a current transformer with differential transformer of the zero sequence type with a magnetic core in the form of a toroid crossed by the active conductors of the AC network, - a secondary winding wound on the torus and electrically connected with a coil of control of a tripping relay, - a mechanism cooperating with the tripping relay to cause the automatic opening of the contacts of the breaking device in the event of a differential tripping or overload threshold being exceeded.
Ce type de dispositif est dépourvu de déclencheurs magnétothermiques additionnels utilisés pour la détection d'une surcharge ou d'un court-circuit. Cette détection résulte du déséquilibre du transformateur différentiel du à l'action du flux de fuite engendré par le passage du courant dans les conducteurs primaires. Pour des intensités importantes le flux de fuite donne naissance à un signai de sortie dans l'enroulement secondaire susceptible de faire déclencher le relais 'L'influence de ce flux de fuite est généralement favorisée par - le décentrage des conducteurs actifs traversant le tore, - la répartition irrégulière de l'enroulement secondaire sur la périphérie du tore, - et l'absence d'un blindage métallique entre l'enroulement secondaire et les conducteurs actifs formant les bobines primaires.This type of device does not have additional thermal magnetic trip devices used for the detection of an overload or a short circuit. This detection results from the imbalance of the differential transformer due to the action of the leakage flux generated by the passage of current in the primary conductors. For large intensities, the leakage flow gives rise to an output signal in the secondary winding capable of triggering the relay. The influence of this leakage flow is generally favored by - the decentralization of the active conductors crossing the toroid, - the irregular distribution of the secondary winding on the periphery of the toroid, - and the absence of a metal shield between the secondary winding and the active conductors forming the primary coils.
Ces dispositifs connus provoquent un déséquilibre nature, du transformateur différentiel pouv --n t pro - voquer le déclenchement du relais lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, mais sont incapables de fixer avec précision le seuil d fonctionnement sur courtcircuit.These known devices cause a natural imbalance, the differential transformer can --n t cause the relay to trip when a short-circuit current appears, but are unable to precisely set the operating threshold on short circuit.
Le brevet allemand N 566.147 fait conn ai tre un (lécler,cheur mixte du genre mentiunné, utilisant un transformateur d 'in - tensité asymétrique comportant des enroulements primaires de constructlons différentes (nombre de tours ou diamètres. German patent N 566,147 discloses a (lecler, mixed chor of the genus mentiunné, using an asymmetrical intensity transformer comprising primary windings of different constructions (number of turns or diameters.
L'influence prépondérante de l'un des enroulements primaires assure la modification de l'équilibrage du transformateur dîtférentiel en présence dun courant deicpurt- circuit important. Par contre, la structure d'un tel dé eiencheur affecte la sensibilité de la protection diffé rsnele21 qui est nettement diminuée.The preponderant influence of one of the primary windings ensures the modification of the balance of the differential transformer in the presence of a large deicpurt-circuit current. On the other hand, the structure of such a filter affects the sensitivity of the diffe rsnel protection21 which is clearly reduced.
Pour remédier à cet inconvénient, la demande de brevet allemand N 1.128.534 propose de faire usage d'un transformateur dtintensité symétrique dans lequel le flux de fuite agit directement sur le relais de déclenchement, par exemple du type polarisé, lorsque la surcharge correspond à 10 In, étant le courant nominal parcourant l'in-interrupteur. Un tel interrupteur nécessite néanmoins la présence d'un conducteur de passage du courant au voisinage immédiat du relais de déclenchement.To remedy this drawback, German patent application N 1,128,534 proposes to use a symmetrical intensity transformer in which the leakage flux acts directly on the trip relay, for example of the polarized type, when the overload corresponds to 10 In, being the nominal current flowing through the switch. Such a switch nevertheless requires the presence of a current flow conductor in the immediate vicinity of the trip relay.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un déclencheur mixte fiable associé à un interrupteur ou disJoncteur différentiel présentant des seuils de déclenchement différentiel et sur court-circuit de valeurs prédéterminées.The object of the invention is to remedy these drawbacks and to allow the production of a reliable mixed trip device associated with a differential switch or circuit breaker having differential trip thresholds and on short-circuit of predetermined values.
Le dispositif de déclenchement mixte selon l'invention est caractérisé par le fait qu'à l intérieuA du tore du trans formater différentiel est agence un shunt en matériau magnétique, intercalé entre les conducteurs actifs et constituant un circuit de fuite dont la réluctance magnétique détermine le seuil de déclenchement sur court-circuit. Le shunt est séparé du tore par au moins un entrefer et présente une structure dissymétrique en forme de V, de L, de
X ou de Y. Il en résulte que la présence du shunt à l'intérieur du tore sans perturber la détection des courants. de fuites à la terre permet de détecter les courants de courtcircuit en utilisant le même relais de déclenchement. Le seuil de déclenchement sur court-circuit dépend principalement de la réluctance magnétique du circuit de fuite du shunt.The mixed tripping device according to the invention is characterized in that inside the torus of the differential trans format is arranged a shunt made of magnetic material, interposed between the active conductors and constituting a leakage circuit whose magnetic reluctance determines the tripping threshold on short circuit. The shunt is separated from the torus by at least one air gap and has an asymmetrical structure in the form of V, L,
X or Y. It follows that the presence of the shunt inside the torus without disturbing the detection of currents. earth leakage detection of short-circuit currents using the same trip relay. The tripping threshold on short circuit mainly depends on the magnetic reluctance of the shunt leakage circuit.
Le shunt est fixe par rapport au tore en étant;positionné par des nervures solidaires du boîtier isolant de logement du tore. La position du shunt à l'intérieur du tore peut être réglable pour ajuster le seuil de déclenchement sur court-circuit à une valeur prédéterminée.The shunt is fixed relative to the toroid being; positioned by ribs integral with the insulating housing housing the torus. The position of the shunt inside the toroid can be adjustable to adjust the short-circuit trip threshold to a predetermined value.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel la figure 1 montre le schéma électrique du dispositif de déclenchement mixte différentiel et de court-circuit équipé du transformateur d'intensité selon l'invention; la figure 2 est une vue éclatée, en coupe axiale d'un mode de réalisation du transformateur différentiel à tore homopolaire, le shunt étant monté sur la demi-coquille inférieure du boîtier isolant de logement du tore; la figure 3 est une vue en coupe transversale du transformateur différentiel, après enlèvement des conducteurs actifs; la figure 4 montre une vue en plan du transformateur différentiel après insertion des conducteurs actifs.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows of an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example and represented in the appended drawing, in which FIG. 1 shows the electrical diagram of the differential differential and short-circuit tripping device equipped with the current transformer according to the invention; Figure 2 is an exploded view, in axial section of an embodiment of the differential transformer with zero sequence toroid, the shunt being mounted on the lower half-shell of the insulating housing for housing the toroid; Figure 3 is a cross-sectional view of the differential transformer, after removal of the active conductors; Figure 4 shows a plan view of the differential transformer after insertion of the active conductors.
Sur la figure 1, est représenté un relais polarisé 10 d'un dispositif de déclenchement associé au mécanisme 12 d'actionnement d'un appareil de coupure 13, notamment un disjoncteur ou un interrupteur connecté électriquement dans un réseau alternatif monophasé à conducteurs de phase 14 et de neutre 16. Le relais 10 de déclenchement comporte une palette 18 pivotante à ressort 20 d'ouverture, et un circuit magnétique 22 fixe polarisé par un aimant permanent 24. Une bobine de déclenchement 26 enroulée sur l'une des jambes du circuit magnétique 22, est branchée par des con duc-teurs de liaison 28, 30 à l'enroulement secondaire 32 d'un transformateur différentiel 34.Le noyau de ce dernier est formé par un tore 36 traversé par les conducteurs 14, 16 actifs du réseau à surveiller, l'enroulement secondaire 32 étant bobiné sur le tore 36 et délivrant en présenced'un défaut d'isolement un ordre de déclenchement à la bobine 26 de commande du relais 10. Le tore 36 est uneferrite ou est réalisé par l'enroulement en plusieurs couches d'une bande ferromagnétique, notamment de fer - nickel ou de fer - silicium.FIG. 1 shows a polarized relay 10 of a tripping device associated with the mechanism 12 for actuating a breaking device 13, in particular a circuit breaker or a switch electrically connected in a single-phase alternating network with phase conductors 14 and neutral 16. The trigger relay 10 comprises a pivoting pallet 18 with opening spring 20, and a fixed magnetic circuit 22 polarized by a permanent magnet 24. A trigger coil 26 wound on one of the legs of the magnetic circuit 22, is connected by con duc-linkers 28, 30 to the secondary winding 32 of a differential transformer 34. The core of the latter is formed by a torus 36 crossed by the conductors 14, 16 active network to monitor, the secondary winding 32 being wound on the toroid 36 and delivering, in the presence of an insulation fault, a tripping order to the coil 26 controlling the relay 10. The torus 36 is a ferrite or is produced by the winding in several layers of a ferromagnetic strip, in particular of iron - nickel or of iron - silicon.
Le fonctionnement d'un tel dispositif différentiel résiduel est classique, et il suffit de rappeler que le transformateur différentiel 34 fournit un signal de commande au relais 10 lorsque la somme des courants circulant dans les conducteurs actifs 14, 16 est différente de zéro, notamment à la suite d'un courant de fuite à la terre. En cas de dépassement du seuil de déclenchement différentiel, le relais 10 donne l'ordre d'ouverture au mécanisme 12 de l'appareil de coupure 13 associé. L'ordre de déclenchement du relais 10 peut entre instantané ou peut intervenir après un retard intentionnel de durée ajustable.The operation of such a residual differential device is conventional, and it suffices to recall that the differential transformer 34 supplies a control signal to the relay 10 when the sum of the currents flowing in the active conductors 14, 16 is different from zero, in particular at following an earth leakage current. If the differential trip threshold is exceeded, the relay 10 gives the order to open the mechanism 12 of the associated breaking device 13. The tripping order of relay 10 can be instantaneous or can intervene after an intentional delay of adjustable duration.
Selon l'invention, un shunt 38 en matériau magnétique, notamment en fer doux, en fer silicium ou en fer nickel est agencé à l'intérieur du tore 36 du transformateur différentiel 34 pour provoquer le déclenchement du relais 10 lors de l'apparition d'un courant de court-circuit équilibré dans l'un des conducteurs actifs. Le shunt 38 est séparé de la paroi cylindrique interne du tore 36 par une paire d'en trefers e1, e2, et présente une structure dissymétrique, qui partage l'intérieur du tore 36 en @n deux zones élémentaires adjacentes de logement des conducteurs actifs 14 16. Le bobinage secondaire 32 est placé à l'intérieur du cadran form par l'écran magnétique 38 pour être embrassé par le flux de fuite.La section du shunt 38, la perméabilité magnétique du matériau utilisé, et la longueur des deux entrefers el, e2 déterminent la valeur de la réluctance du circuit de fuite qui ajuste le seuil de déclenchement sur court-circuit. Lå ten.sion délivrée aux bornes de l'enroulement secondaire 32 du transformateur différentiel 34 est proportionnelle au flux de fuite dérivé dans le shunt 38, ce dernier ayant une forme quelconque, notamment en V (fig.1) en L (fig.3) ou encore en'ou en Y.According to the invention, a shunt 38 made of magnetic material, in particular soft iron, silicon iron or nickel iron is arranged inside the toroid 36 of the differential transformer 34 to cause tripping of the relay 10 when the appearance of '' a balanced short-circuit current in one of the active conductors. The shunt 38 is separated from the internal cylindrical wall of the torus 36 by a pair of wedges e1, e2, and has an asymmetrical structure, which divides the interior of the torus 36 into @ n two adjacent elementary zones for housing the conductors. active 14 16. The secondary winding 32 is placed inside the dial formed by the magnetic screen 38 to be embraced by the leakage flux. The section of the shunt 38, the magnetic permeability of the material used, and the length of the two between el, e2 determine the value of the reluctance of the leakage circuit which adjusts the tripping threshold on short circuit. The voltage delivered to the terminals of the secondary winding 32 of the differential transformer 34 is proportional to the leakage flow derived in the shunt 38, the latter having any shape, in particular in V (fig. 1) in L (fig. 3) ) or en'or en Y.
La présence du shunt 38 à l'intérieur du tore 36 permet de détecter à la fois un courant de fuite à la terre et un courant de court-circuit en utilisant le-même relais de déclenchement 10. Le seuil de déclenchement différentiel est fixé par le règlage du relais 10, qui peut être du type polarisé tandis que le seuil de déclenchement sur court-circuit dépend principalement de la réluctance et de la disposition du shunt 38. Le déclenchement automatique du dispositif différentiel résiduel, à partir d'un niveau prédéterminé~ de courant de court-circuit limite la contrainte thermique supportée par l'appareil de coupure et évite le risque de soudure des contacts.The presence of the shunt 38 inside the toroid 36 makes it possible to detect both a ground leakage current and a short-circuit current by using the same trigger relay 10. The differential trigger threshold is fixed by the setting of the relay 10, which can be of the polarized type while the tripping threshold on short-circuit depends mainly on the reluctance and the arrangement of the shunt 38. The automatic tripping of the residual differential device, from a predetermined level ~ short-circuit current limits the thermal stress borne by the switching device and avoids the risk of contact soldering.
En référence aux figures 2 à 4, le tore 36 sur lequel est bobiné l'enroulement secondaire 32 du transformateur différentiel 34, est logé dans l'espace annulaire 40 délimité par l'assemblage de deux demi-coquilles 42, 44 en matériau isolant formant un boîtier tubulaire. La paroi interne 46 de séparation des conducteurs actifs 14, 16 et du tore 36 de chaque demi-coquille 42, 44 du bottier est équipée d'une paire de nervures 48 s'étendant selon la direction axiale du tore 36 pour assurer le positionnement du shunt 38 à l'intérieur du tore 36. Le shunt 38 est ainsi immobilise en translation par les deux demi-coquilles 42, 44 en position assemblée, et en rotation par les nervures 48.Le shunt 38 ferromagnétique est a afltagc-sement recouvrit d 'un revetement isolant qui contribue à une bonne tenue diélee- trique entre les bobinages.With reference to FIGS. 2 to 4, the toroid 36 on which the secondary winding 32 of the differential transformer 34 is wound, is housed in the annular space 40 delimited by the assembly of two half-shells 42, 44 made of insulating material forming a tubular housing. The internal wall 46 of separation of the active conductors 14, 16 and of the torus 36 of each half-shell 42, 44 of the case is equipped with a pair of ribs 48 extending in the axial direction of the torus 36 to ensure the positioning of the shunt 38 inside the torus 36. The shunt 38 is thus immobilized in translation by the two half-shells 42, 44 in the assembled position, and in rotation by the ribs 48. The ferromagnetic shunt 38 is afltagc-surely covered with 'an insulating coating which contributes to good dielectric strength between the windings.
La figure 4 montre l'application du transformateur différentiel 34 à un appareil de coupure bipolaire, le conducteur de phase 14 R étant encadré par le shunt 35 et le con - ducteur de neutre 16 se trouvant dans un logement adjacent inférieur. Le même transformateur 34 peut être utilisé pour un appareil tétrapolaire, dans lequel deux conducteurs ac - tifs supplémentaires de phase 14 S, 14 T (cn pointillé) traversent l'intérieur du tore 36. Le guidage et le positionnement des conducteurs actifs à l'intérieur du boîtier sont facilités grâce à la présence d'ailettes 50 de répartition associées à chaque demi-coquille 2, 44.FIG. 4 shows the application of the differential transformer 34 to a bipolar breaking device, the phase conductor 14 R being surrounded by the shunt 35 and the neutral conductor 16 being in a lower adjacent housing. The same transformer 34 can be used for a four-pole device, in which two additional active conductors of phase 14 S, 14 T (cn dotted) pass through the interior of the torus 36. The guidance and positioning of the active conductors at the inside the housing are facilitated by the presence of distribution fins 50 associated with each half-shell 2, 44.
L'invention n t est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et representé au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques, notamment celle dans laquelle le noyau et le shunt 38 du transformateur différentiel 34 seraient agencés différemment, ou celle dans laquelle la position du shunt 38 à l'in-érieur du tore 36 est réglable pour ajuster le seuil de déclenchement sur court-circuit. The invention is of course in no way limited to the mode of implementation more particularly described and shown in the appended drawing, but it extends on the contrary to any variant remaining within the framework of electrotechnical equivalences, in particular that in which the core and the shunt 38 of the differential transformer 34 would be arranged differently, or that in which the position of the shunt 38 inside the torus 36 is adjustable to adjust the tripping threshold on short circuit.
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