EP0104981A1 - Disjoncteur électrique à organe de commutation statique télécommandé - Google Patents

Disjoncteur électrique à organe de commutation statique télécommandé Download PDF

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EP0104981A1
EP0104981A1 EP83401751A EP83401751A EP0104981A1 EP 0104981 A1 EP0104981 A1 EP 0104981A1 EP 83401751 A EP83401751 A EP 83401751A EP 83401751 A EP83401751 A EP 83401751A EP 0104981 A1 EP0104981 A1 EP 0104981A1
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circuit breaker
contacts
static switch
arc
electric circuit
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Jean-Luc Mertz
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Merlin Gerin SA
Original Assignee
Merlin Gerin SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H83/00—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current
    • H01H83/20—Protective switches, e.g. circuit-breaking switches, or protective relays operated by abnormal electrical conditions otherwise than solely by excess current operated by excess current as well as by some other abnormal electrical condition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/121—Protection of release mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
    • H01H9/548—Electromechanical and static switch connected in series

Definitions

  • the invention relates to an electric circuit breaker according to the preamble of the claim.
  • a circuit breaker is generally equipped with a manual opening and closing control handle and is capable of automatically interrupting fault currents. It does not lend itself well to a remote control and its mechanism is not suitable for a large number of operations.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks and allow the realization of a simple and inexpensive remote control circuit breaker.
  • the invention as characterized in the claims makes use of a static switch, in particular a triac, to ensure the remote control, the circuit breaker mechanism and its contacts not involved in this operation.
  • the properties and advantages of static switches are well known, but their possibilities of use are limited by their great sensitivity to overloads which cause their destruction. It has already been proposed in patent US Pat.
  • the response time of this known circuit breaker is too long to effectively protect the semiconductor of the static switch and this circuit breaker is useless in the distribution circuits.
  • the switching of the arc to shunt the semiconductor the circuit breaker protects the semiconductor at the same time.
  • the assembly can be housed in the same standard size housing which facilitates connections and assembly.
  • the circuit breaker can be unipolar or multipolar, in particular for alternating current.
  • FIGs 1 and 2 there is shown a pole of a miniature electric circuit breaker 10 used in an AC low voltage network.
  • the housing 12 of molded insulating material comprises a rear base 14 adaptable to a support rail by means of a latch 16, and a front face 18 provided with an opening for passage of a control handle 20.
  • Each pole comprises a pair of separable contacts 22, 24, a breaking chamber 26 with plates 28 for deionizing the arc and an operating mechanism 30 associated with the lever 20 for manual control and with an automatic magnetothermal trip device 32.
  • the latter is electrically inserted in the main trip circuit and is formed by a bimetal thermal trip device 34 and an electromagnetic trip device with coil 36 connected in series with the pair of contacts 22, 24 in electrical connection with the connection terminals 38, 40 of the pole .
  • the breaking chamber 26 is framed by two lower arc 39 and upper arc horns 41 extending parallel to the sheets 28 and aulfond of the base 14.
  • the movable contact 24 is integral with a contact arm 42 actuated by the operating mechanism 30.
  • the contact arm 42 is pivotally mounted on a rocker arm 44 mechanically coupled to a toggle switch 46 associated with the lever 20.
  • a release lever 48 pivoting on an axis 50 cooperates with the end of the contact arm 42 opposite the movable contact 24, so as to secure the arm 42 to the rocker arm 44.
  • a lock 52 ensures the attachment of the lever release 48 in the locked position.
  • the automatic opening of the contacts 22, 24 of the pole is caused by a pivoting of the latch 52 towards an unlocked position which releases the trigger lever 48 entraining under the action of a spring the contact arm 42 pivoting towards the position opening hours.
  • the latch 52 is actuated towards the unlocked position either by the deflection of the bimetallic strip 34 in the event of overload, or by the displacement of the movable core of the electromagnetic trip device 36 during the appearance of a short circuit.
  • a static switching member formed by a controlled semiconductor element in particular a triac 56 or two thyristors in parallel head to tail, is electrically connected in the main trip circuit, in series with the pair of contacts 22 , 24 and the bimetal 34 and coil triggers., Electromagnetic 36.
  • the triac 56 priming electrode is connected to a connection socket 57 arranged in the housing 12 and capable of receiving an external conductor 58 in connection with a device remote control 60 (fig. 2).
  • the triac 56 is electrically connected in the main circuit between the fixed contact 22 and one 40 of the pole connection terminals.
  • the movable contact 24 is in electrical connection with the other terminal 38 through the coil 36 and the bimetallic strip 34.
  • the upper arc horn 41 is connected to the base of the bimetallic strip 34 connected to the terminal 38.
  • the lower arc horn 39 is extended to the vicinity of the fixed contact 22 and is connected by a connecting conductor 62 at a connection point 64 located between the triac 56 and the terminal 40 of the main circuit.
  • the arcing horn 39 is separated from the fixed contact 22 by a small gap 66 so as to allow rapid switching of the arcing to the extension of the lower horn 39 from the start of the opening stroke of the contact arm 42 .
  • the operating mechanism 30 ensures, in a well known manner, the displacement of the contact arm 42 towards the open position. The same is true when the fault current is a significant short circuit involving the electromagnetic trip device 36 when the instantaneous trip threshold is exceeded.
  • the driver triac 56 is short-circuited by the driver 62 as soon as the arc switches to the lower horn 39 at the start of the opening stroke of the movable contact 24. (in dotted lines). The triac 56 is thus protected against any overcurrent upon separation of the contacts 22, 24 and switches off automatically on the next zero crossing of the current.
  • the conventional switching of the arc on the upper horn 41 takes place, the arc then being anchored between the two horns 39, 41 of the chamber 26, so as to shunt the bimetallic strip 34 and the coil 36 of the thermal and electromagnetic triggers.
  • the arc is extinguished in the chamber 26 thanks to the deionization plates 28.
  • the circuit breaker 10 then operates as a static switch remotely controlled by blocking and unblocking of the triac 56 ensuring respectively the interruption and the establishment of the nominal current in the main circuit of the pole without intervention of the mechanism 30 of the circuit breaker.
  • the overcurrent protection function is provided by the magnetothermal trip device 32 cooperating with the mechanism 30 to open the contact arm 42, the triac 56 being in the conducting state.
  • the switching of the arc on the horn 39 short-circuits the triac 56 which goes out, the latter being protected against the fault current as soon as the contacts 22, 24 separate.
  • the remote control function of the circuit breaker 10 results exclusively from the intervention of the device 60 for remote control of the triac 56 while the mechanism 30 remains inactive in the closed position of the contacts 22, 24.
  • the variant of fig. 3 shows an electrical connection different from the triac 56 in the main pole trip circuit. All the other elements of the circuit breaker 10 are identical to that of FIGS. 1 and 2, with the exception of the lower horn 39 connected directly to the fixed contact 22.
  • the triac 56 is inserted between the movable contact 24 and the terminal 38 in series with the bimetallic strip 34 and the coil 36 of the magnetothermal trip device 32.
  • the contact fixed 22 is directly connected to terminal 40.
  • the operation of the remote-controlled circuit breaker 10 according to FIG. 3 is similar to that of figs; 1 and 2, only the shunting time of the triac 56 is modified during the shutdown phase.
  • the shunting occurs at the end of opening stroke of the contact arm 42 (in dotted lines) when the arc is switched on the upper horn 41.
  • the series circuit formed by the triac 56, the bimetallic strip 34 and the coil 36 is then short -circuited by the upper horn 41.

Landscapes

  • Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un disjoncteur miniature à courant alternatif et à télécommande. La fonction protection est assurée par le déclencheur magnétothermique (32) coopérant avec le mécanisme (30) pour provoquer l'ouverture des contacts (22, 24). La fonction télécommande résulte de la présence d'un triac (55) connecté en série avec les contacts (22, 24) et le déclencheur (32). L'établissement ou l'interruption du courant nominal intervient par conduction ou blocage du triac (56) sans intervention du mécanisme (30). Le triac est automatiquement court-circuité lors de la commutation de l'arc sur la corne inférieure (39) pendant la phase de coupure suite à l'apparition d'un courànt de défaut détecté par le déclencheur (32).

Description

  • L'invention est relative à un disjoncteur électrique selon le préambule de la revendication.
  • Un disjoncteur est généralement équipé d'une manette de commande manuelle d'ouverture et de fermeture et il est capable d'interrompre automatiquement des courants de défaut. Il se prête mal à une télécommande et son mécanisme n'est pas adapté à un grand nombre de manoeuvres.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un disjoncteur à télécommande simple et bon marché. L'invention telle qu'elle est caractérisée dans les revendications fait usage d'un commutateur statique, notamment d'un triac, pour assurer la télécommande, le mécanisme du disjoncteur et ses contacts n'intervenant pas dans cette manoeuvre. Les propriétés et avantages des commutateurs statiques sont bien connus mais leurs possibilités d'emploi sont limitées par leur grande sensibilité aux surcharges qui provoquent leur destruction. Il a déjà été proposé dans le brevet US 4.272.687 d'associer un commutateur statique et un disjoncteur, la protection sur défaut, notamment sur court-circuit, étant assurée par le disjoncteur, tandis que le commutateur statique permet une télécommande. Le temps de réponse de ce disjoncteur connu est trop long pour protéger efficacement le semi-conducteur du commutateur statique et ce disjoncteur est inuti-lisable dans les circuits de distribution. En utilisant selon invention, la commutation de l'arc pour shunter le semi-conducteur le disjoncteur protège en même temps le semi-conducteur. L'ensemble peut être.logé dans un même boîtier de dimension standard ce qui facilite les connexions et le montage. Le disjoncteur peut être unipolaire ou multipolaire, notamment pour du courant alternatif.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de deux modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe verticale d'un pôle de disjoncteur magnétothermique équipé d'un commutateur statique télécommandé selon l'invention, les contacts du pôle étant en position de fermeture;
    • la figure 2 représente le schéma électrique du disjoncteur de la fig. 1;
    • la figure 3 est une vue analogue à la fig. 2, d'une variante de réalisation.
  • Sur les figures 1 et 2, est représenté un pôle d'un disjoncteur 10 électrique miniature utilisé dans un réseau alternatif à basse tension. Le boîtier 12 en matériau isolant moulé comporte un socle 14 postérieur adaptable à un rail support au moyen d'un verrou 16 d'encliquetage, et une face avant 18 munie d'une ouverture de passage d'une manette 20 de commande. Chaque pôle comprend une paire de contacts 22, 24 séparables, une chambre de coupure 26 à tôles 28 de désionisation de l'arc et un mécanisme de manoeuvre 30 associé à la manette 20 de commande manuelle et à un déclencheur automatique magnétothermique 32. Ce dernier est inséré électriquement dans le circuit principal de déclenchement et est formé par un déclencheur thermique à bilame 34 et un déclencheur électromagnétique à bobine 36 connectés èn série avec la paire de contacts 22, 24 en liaison électrique avec les bornes de raccordement 38, 40 du pôle. La chambre de coupure 26 est encadrée par deux cornes d'arc inférieure 39 et supérieure 41 s'étendant parallèlement aux tôles 28 et aulfond du socle 14.
  • Le contact mobile 24 est solidaire d'un bras de contact 42 actionné par le mécanisme de manoeuvre 30. Le bras de contact 42 est monté à pivotement sur un culbuteur 44 accouplé mécaniquement à une genouillère 46 associée à la manette 20. Un levier de déclenchement 48 pivotant sur un axe 50 coopère avec l'extrémité du bras de contact 42 à l'opposé du contact mobile 24, de manière à solidariser le bras 42 au culbuteur 44. Un verrou 52 assure l'accrochage du levier de déclenchement 48 en position de verrouillage. L'ouverture automatique des contacts 22, 24 du pôle est provoquée par un pivotement du verrou 52 vers une position déverrouillée qui libère le levier de déclenchement 48 entral- nant sous l'action d'un ressort le bras de contact 42 pivotant vers la position d'ouverture. Le verrou 52 est actionné vers la position déverrouillée soit par la déflexion du bilame 34 en cas de surcharge, soit par le déplacement du noyau mobile du déclencheur électromagnétique 36 lors de l'apparition d'un court-circuit.
  • Le fonctionnement d'un tel disjoncteur est bien connu des spécialistes et est décrit dans le brevet français N° 2.468.202, auquel on se reportera pour de plus amples détails.
  • Selon l'invention, un organe de commutation statique formé par un élément semi-conducteur commandé, notamment un triac 56 ou deux thyristors en tête-bêche parallèle, est connecté électriquement dans le circuit principal de déclenchement, en série avec la paire de contacts 22, 24 et les déclencheurs à bilame 34 et à bobine., électromagnétique 36. L'électrode d'amorçage du triac 56 est reliée à une prise de connexion 57 agencée dans le boîtier 12 et pouvant recevoir un conducteur 58 extérieur en liaison avec un dispositif de télécommande 60 (fig. 2).
  • En référence aux fig. 1 et 2, le triac 56 est connecté électriquement dans le circuit principal entre le contact fixe 22 et l'une 40 des bornes de raccordement du pôle. Le contact mobile 24 est en liaison électrique avec l'autre borne 38 à travers la bobine 36 et le bilame 34. En position de fermeture des contacts 22, 24, le courant nominal circulant dans le circuit principal, traverse le triac 56 dans l'état débloqué, la bobine 36 du déclencheur électromagnétique et le bilame 34 du déclencheur thermique. La corne d'arc supérieure 41 est raccordée à la base du bilame 34 reliée à la borne 38. La corne d'arc inférieure 39 est prolongée jusqu'au voisinage du contact fixe 22 et est connectée par un conducteur de liaison 62 à un point de raccordement 64 situé entre le triac 56 et la borne 40 du circuit principal. La corne d'arc 39 est séparée du contact fixe 22 par un faible intervalle 66 de manière à autoriser la commutation rapide de l'arc sur le prolongement de la corne inférieure 39 dès le début de la course d'ouverture du bras de contact 42.
  • Le fonctionnement du disjoncteur 10 magnétothermique à télécommande selon les fig. 1 et 2 est le suivant :
    • En fonctionnement normal de surveillance du disjoncteur, le triac 56 est conducteur et les contacts 22, 24 se trouvent en position de fermeture. Le courant du pôle circule dans le circuit principal comprenant le bilame 34, la bobine 36 et le triac 56.
  • Lors de l'apparition d'un courant de surcharge s'opère la déflexion du bilame 34 susceptible de provoquer le déverrouillage du verrou 52 après dépassement du seuil de déclenchement thermique. Le mécanisme de manoeuvre 30 assure d'une manière bien connue le déplacement du bras de contact 42 vers la position d'ouverture. Il en est de même lorsque le courant de défaut est un court-circuit important faisant intervenir le déclencheur électromagnétique 36 lors du dépassement du seuil de déclenchement instantané. Le triac 56 conducteur est court-circuité par le conducteur 62 dès que l'arc commute sur la corne inférieure 39 au début de la course d'ouverture du contact mobile 24.(en pointillé). Le triac 56 est ainsi protégé contre toute surintensité dès la séparation des contacts 22, 24 et s'éteint automatiquement au prochain passage à zéro du courant. En fin de course d'ouverture du bras de contact 42, intervient la commutation classique de l'arc sur la corne supérieure 41, l'arc étant alors ancré entre les deux cornes 39, 41 de la chambre 26, de manière à shunter le bilame 34 et la bobine 36 des déclencheurs thermique et électromagnétique. L'extinction de l'arc s'opère dans la chambre 26 grâce aux tôles 28 de désionisation.
  • En l'absence de défaut sur le réseau, l'ouverture et la fermeture du disjoncteur connecté au réseau s'effectue de deux manières distinctes :
    • - soit par action manuelle de la manette 20 de commande du mécanisme 30 qui entraîne mécaniquement le bras de contact 42 vers la position d'ouverture ou de fermeture. Le disjoncteur 10 fonctionne alors en interrupteur mécanique susceptible d'établir et d'interrompre le courant nominal du pôle;
    • - soit par commande à distance du triac 56 au moyen du dispositif 60, la manette 20 du mécanisme 30 et les contacts 22, 24 restant immobiles en position de fermeture.
  • Le disjoncteur 10 fonctionne alors en interrupteur statique télécommandé par blocage et déblocage du triac 56 assurant respectivement l'interruption et l'établissement du courant nominal dans le circuit principal du pôle sans intervention du mécanisme 30 du disjoncteur.
  • On remarque que la fonction protection contre les surinten- sites est assurée par le déclencheur magnétothermique 32 coopérant avec le mécanisme 30 pour ouvrir le bras de contact 42, le triac 56 étant dans l'état conducteur. La commutation de l'arc sur la corne 39 court-circuite le triac 56 qui s'éteint, ce dernier étant protégé contre le courant de défaut dès que les contacts 22, 24 se séparent. La fonction télécommande du disjoncteur 10 résulte exclusivement de l'intervention du dispositif 60 de commande à distance du triac 56 pendant que le mécanisme 30 reste inactif en position de fermeture des contacts 22, 24.
  • La variante de la fig. 3 montre une connexion électrique différente du triac 56 dans le circuit principal de déclenchement du pôle. Tous les autres éléments du disjoncteur 10 sont identiques à celui des fig. 1 et 2, à l'exception de la corne inférieure 39 raccordée directement au contact fixe 22. Le triac 56 est inséré entre le contact mobile 24 et la borne 38 en série avec le bilame 34 et la bobine 36 du déclencheur magnétothermique 32. Le contact fixe 22 est relié directement à la borne 40.
  • Le fonctionnement du disjoncteur télécommandé 10 selon la fig. 3 est similaire à celui des fig; 1 et 2, seul est modifié l'instant de shuntage du triac 56 pendant la phase de coupure. Le shuntage intervient en fin de course d'ouverture du bras de contact 42 (en pointillé) lorsque l'arc est commuté sur la corne supérieure 41. Le circuit série formé par le triac 56, le bilame 34 et la bobine 36 est alors court-circuité par la corne supérieure 41.
  • L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et représentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques.

Claims (7)

1. Disjoncteur électrique ayant par pôle :
- une paire de contacts séparables (22,24),
- un mécanisme (30) d'actionnement des contacts,
- un déclencheur sur défaut commandant ledit mécanisme (30) pour provoquer l'ouverture des contacts (22, 24), en tirant un arc entre les contacts séparés,
- un commutateur statique à télécommande, tel qu'un triac (56) ou deux thyristors en tête-bêche parallèle, connecté en série desdits contacts séparables (22,24),

caractérisé en ce que ledit commutateur statique (56) est dimensionné pour assurer l'établissement, l'interruption et la conduction du courant nominal, ledit disjoncteur comprenant un circuit de shuntage du commutateur statique (56), mis en circuit dès l'apparition dudit arc pour court-cir- cuiter et protéger le commutateur statique d'un courant de défaut.
2. Disjoncteur électrique selon la revendication-1, caractérisé par le fait que le shuntage du commutateur statique (56) s'opère par la commutation de l'arc sur une corne (39, 41) de guidage adjacente à l'un des contacts (22,24).
3. Disjoncteur électrique selon la revendication 2, ayant un boîtier moulé (12) doté de bornes de raccordement (38, 40) et un déclencheur magnétique (32) et/ou thermique pour ouvrir les contacts (22,24) sur défaut, caractérisé en ce que le commutateur statique (56) est logé dans ledit boîtier (12) et est connecté en série des contacts (22,24) .et du déclencheur magnétique (32) dans un circuit principal reliant les bornes d'entrée et de sortie du pôle.
4. Disjoncteur électrique selon la revendication 3, ayant une chambre de coupure (26) associée auxdits contacts (22, 24) et des cornes de guidage (39, 41) de l'arc dans ladite chambre, caractérisé en ce que ledit circuit de shuntage est connecté auxdites bornes (38, 40) en parallèle dudit circuit principal, ledites cornes de guidage étant intercalées dans le circuit de shuntage pour rendre actif ce circuit de shuntage dès la commutation de l'arc sur les cornes de guidage (39, 41).
5. Disjoncteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le commutateur statique (56) est connecté électriquement entre le contact fixe (22) et la borne (40) de raccordement associée, et que la corne de guidage (39) associée au contact fixe (22) est séparée de ce dernier par un faible intervalle (66) et est reliée par un conducteur de liaison (62) à un point de raccordement (64) situé entre le commutateur statique (56) et ladite borne (40) associée au contact fixe (22).
6. Disjoncteur électrique selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le commutateur statique (56) est branché en série avec le déclencheur magnétique (32) entre le contact mobile (24) et la borne de raccordement (38) associée et que la corne de guidage (41) raccordée à cette dernière borne (38) est associée au contact mobile (24).
7. Disjoncteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'électrode de commande du commutateur statique (56) est reliée à une prise de connexion (57) agencée dans le boîtier (12) et pouvant recevoir un conducteur (58) extérieur de liaison à un dispositif de télécommande (60).
EP83401751A 1982-09-17 1983-09-06 Disjoncteur électrique à organe de commutation statique télécommandé Expired EP0104981B1 (fr)

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DE (1) DE3369597D1 (fr)
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