EP3157033A1 - Chambre de coupure d'un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique comportant une telle chambre - Google Patents

Chambre de coupure d'un appareil de protection électrique et appareil de protection électrique comportant une telle chambre Download PDF

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EP3157033A1
EP3157033A1 EP16187245.2A EP16187245A EP3157033A1 EP 3157033 A1 EP3157033 A1 EP 3157033A1 EP 16187245 A EP16187245 A EP 16187245A EP 3157033 A1 EP3157033 A1 EP 3157033A1
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EP
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arc
switching
value
chamber
branch
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EP16187245.2A
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German (de)
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EP3157033B1 (fr
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Eric Domejean
Michel Rapeaux
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Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Publication date
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    • 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
    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H9/42—Impedances connected with contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/16—Impedances connected with contacts
    • H01H33/161—Variable impedances
    • H01H2033/163—Variable impedances using PTC elements

Definitions

  • the present invention relates to a switching chamber of an electrical protection apparatus comprising an arc forming chamber containing a fixed contact and a movable contact, said contacts being located on a branch of the electrical circuit known as the main branch which contacts, at the moment their separation, form an arc between them, said arc forming chamber communicating with the input of a second so-called arc extinction chamber, this movable contact extending so as to draw an arc between the contacts during their separation, this arc being able to switch in a branch of electrical circuit called switching branch, said switching branch being located in the arc extinguishing chamber, after a certain opening distance between the two contacts, said interrupting chamber further comprising means capable of limiting the current in said switching branch, said means comprising a so-called current limiting element whose resistance is able to increase under the effect of the current so as to increase the impedance in the switching branch.
  • the arc is placed between the fixed contact and the moving contact, and an arc voltage is established between the contacts, this voltage depending on the distance opening of contacts.
  • the bow switches when the opening of the contacts is sufficient in a so-called switching branch in which the current is limited.
  • the patent is known DE19810981 , which describes a solution consisting in placing in the switching branch a metal-type PTC, and therefore low resistive jump and thus allowing only a small limitation of the short-circuit current.
  • This low resistive CTP jump ensures a lack of reclamping, that is to say return of the arc to the contacts because the resistance of the PTC after switching is low.
  • a PTC is used in the switching branch, which makes it possible to limit the short-circuit current after switching the arc.
  • These devices present a significant risk of reclasking if the switching branch is too strong, which limits the importance of the current limitation that can be obtained with such devices, because a significant increase in the CTP resistance causes an increase corresponding significant risk of reclamation.
  • the known patents describe devices comprising either a PTC in the main line or a PTC in the switching line.
  • the present invention solves these problems and proposes a break chamber of simple design for increasing the limitation of the current in an electrical protection apparatus, and an electrical protection apparatus comprising such a chamber thereby having cut-off performance. improved.
  • the subject of the present invention is a breaking chamber of an electrical protection apparatus of the kind mentioned above, this chamber being characterized in that it comprises a first element current limiter placed in the so-called main branch in series with and downstream of the movable contact and a second current limiting element placed in the so-called switching branch in series with the fixed contact, the first element being able to accelerate the switching of the arc and to prohibit the return of the arc to the contacts, or reclapping, once the switching made and the second element to increase the pole voltage when the arc is in the arc extinguishing chamber of to achieve a limitation of the short circuit current.
  • At least one of the aforementioned elements is a so-called PTC element with a positive temperature coefficient.
  • the first and second aforementioned elements are respectively a first and a second component or a first and a second PTC thermistor with a positive temperature coefficient.
  • the value of the resistance at a temperature of substantially + 40 ° C. of the first CTP element (CTPa) is adjusted so as to be substantially equal to 1.8 m to limit the power of the circuit breaker to a value of 3 Watts maximum.
  • the resistive jump of the first PTC element is at least 20, so as to accelerate the switching of the arc and prohibit the reclips after switching the arc.
  • the value of the resistance at a temperature of substantially 40 ° of the second PTC element is set such that the resistance of the switching branch is always lower than that of the main branch in order to guarantee the absence of reclosure.
  • the resistive jump value of the second PTC element is set so as not to cause reclosing once the second PTC element has passed through.
  • the hot resistive value, or transit CTP value, of the second CTP element is less than the resistive value of the main line, which resistive value is mainly defined by the hot resistive value of the first CTP.
  • this breaking chamber comprises, associated with at least one of the two PTC elements, an additional resistor or a shunt, connected in parallel with the PTC element (s), whose value of resistance is chosen to adjust the value of the resistive jump.
  • this interrupting chamber comprises a shunt connected in parallel with the second PTC element, this shunt having a resistance whose value is less than the minimum of 10% to the value of the first transited PTC element.
  • the energy required for the transition of the second PTC element is adjusted so as to allow a transition of the second PTC element, for a short-circuit current of 25 kA, in a time of less than 500 ⁇ s, so as to reduce the cutoff energy.
  • this time is between 200 ⁇ s and 300 ⁇ s.
  • the present invention also relates to an electrical protection apparatus comprising a breaking chamber, said chamber having the aforementioned characteristics taken alone or in combination.
  • this apparatus is a low-voltage circuit breaker.
  • this circuit breaker comprises the upstream and downstream clamping terminals, a magnetic trip coil, the electrical contacts, and the thermal trip bimetal, all of these elements being electrically connected and constituting the aforementioned main circuit.
  • this device is a miniature circuit breaker having a rating of 16 A, and the value of the resistance at a temperature of substantially 40 ° C of the first current limiting element does not exceed 1.8m in order to limit the total dissipated power of the circuit breaker to a value of 3W.
  • this device is a miniature circuit breaker having a rating of 16A, and the value of the resistance at a temperature of substantially 40 ° C of the second current limiting element, is less than 3 m to ensure the absence of low current reclamping.
  • a breaking chamber C belonging to a miniature low-voltage circuit breaker.
  • This circuit breaker comprises, in a manner known per se, a so-called main current circuit 1 comprising two electrical connection terminals 2, 3, a magnetic release 4, a fixed contact 5, a movable contact 6 and a thermal actuator 7, not shown.
  • These two triggers 4.7 are intended to cause the opening of the fixed and mobile contacts when a short circuit occurs in the main circuit 1.
  • the circuit breaker comprises an arc forming chamber F comprising the fixed and movable contacts 5 and a so-called arc extinction chamber E comprising a stack of plates 9 called separators adapted to ensure the cooling of the electric arc after the switching of this arc in a so-called switching electrical circuit branch 8.
  • the switching circuit starts from the fixed contact 5, passes through the chamber of arc extinction E substantially perpendicular to said plates 9 and joined the movable contact 6 at a junction point P electrically connected to the upstream connection terminal 2 of the circuit breaker.
  • the main circuit 1 of the circuit breaker comprises, located upstream of the moving contact, a so-called first resistance CTP (CTPa), and in the switching circuit, after the stacking of separation plates 9, a so-called CTP resistor. second (CTPb).
  • CTPa first resistance CTP
  • CTPb second resistance CTP
  • the first limiting resistor CTPa is inserted into the nominal (permanent) current branch 1. Given the maximum power constraints dissipated by the circuit breaker, this first resistance CTPa advantageously has a low resistance at an ambient temperature, that is to say at a temperature of between -25 ° C and + 70 ° C. For example, for a 16A miniature circuit breaker, the first CTPa resistor at 40 ° C does not exceed the value of 1.8m in order to limit the total dissipated power of the circuit breaker to a value of 3 W.
  • This first resistance CTPa will be designed to have both low values of resistance and drift while offering a sufficiently high resistive jump to accelerate the switching of the arc and prohibit rebatting after switching the arc.
  • the resistive transition characterizes the transition from a conductive state to a semi-insulating state.
  • the resistive jump measures this transition, and is generally expressed by the ratio Rmax / R (0) without unit (see table in the following).
  • this resistive jump is at least 20, this value can not be reached with a CTP of metallic nature.
  • the second limiting resistor CTP (CTPb) participates in limiting the current and the energy by increasing the impedance in series with the arc.
  • the value of the resistance at ambient temperature of this second resistor CTPb is set so that the resistance of the switching branch 8 is always lower than that of the main branch 1 in order to guarantee the absence of reclosure, in particular for the weak currents of short circuit, currents whose value is insufficient to ensure the transition of the first limiting resistor CTPa.
  • the second cold CTPb resistor does not advantageously exceed the value of 3m .
  • the resistance of the main branch 1 comprising the bimetallic strip is greater than the resistance of the switching branch 8.
  • the resistive jump of the second limiting resistor CTPb is also set so as not to cause reclosure once the second CTPb resistor has passed through.
  • the hot resistive value (transient CTP value) of CTPb is advantageously less than the resistive value of the main line 1, which is mainly defined by the hot resistive value of CTPa.
  • CTPb In order to guarantee accurately the resistive jump of CTPb, it is advantageous to parallel CTPb a resistor or a shunt whose value is chosen to respond to this constraint, for example a shunt of a value less than the minimum of 10. % of the transit CTPa value.
  • the use of a shunt in parallel also increases the ability of CTPb to withstand thermal stress.
  • the CTPb component is sized to withstand a quantity of energy much higher than CTPa.
  • the Etransition energy required for the CTPb transition is adjusted so as to allow a resistive transition as soon as possible after the switching of the current, for example for a short-circuit current of 25kA in a time of less than 500 ⁇ s maximum, preferably between 200 ⁇ s and 300 ⁇ s, and thus further increase the limitation of the cutoff energy.
  • a short-circuit current of 25kA in a time of less than 500 ⁇ s maximum, preferably between 200 ⁇ s and 300 ⁇ s, and thus further increase the limitation of the cutoff energy.
  • a curve representing the pole voltage U (v) as a function of the time t (s) is shown for an apparatus having only a limiting resistor CTPa in the main circuit for a short-circuit current of 25kA.
  • This curve comprises a first part a corresponding to the transition of the PTC resistor, phase during which the arc voltage increases slowly until the moment of switching of the arc, corresponding to a second phase b, second phase during which the Arc voltage increases abruptly to a maximum voltage, after which the voltage decreases slowly during a third phase c corresponding to the decrease of the short-circuit current.
  • the role of the first resistor is limited to the phase a located before switching the arc.
  • the figure 4 corresponds to the case where the circuit-breaker has only a limiting resistor in the switching circuit for a short-circuit current of 25 kA.
  • This curve comprises a first part d during which the arc voltage increases slowly, then a second part e in which the arc voltage increases very rapidly, phase corresponding to the switching of the arc, then a third part f during which the voltage decreases slowly, a fourth portion g during which the voltage rises sharply, this portion corresponding to the transition of the limiting resistor in the switching circuit to achieve the limitation of the current, after which the pole voltage decreases slowly in a last part h until the extinction of the arc.
  • the figure 5 illustrates a curve representing the pole voltage as a function of time for an apparatus according to the invention comprising the two CTPa and CTPb resistors for a short circuit current of 25 kA.
  • the resistive transition j of the second resistance CTPb can be very fast and high. Indeed, it can be seen that this transition arrives very shortly after the switching of the current k and that it is very close to the resistive transition i of the first resistance CTPa, as is also shown by FIG. figure 6 respectively showing the values of the resistances R (ohms) of the two resistances CTPa and CTPb as a function of time t (s) in seconds.
  • resistive jump is expressed by the value Rmax / R (0) in the table above.
  • the invention is advantageously applied to any electrical protection device comprising a breaking chamber and in particular a DC circuit breaker or a high-voltage AC circuit breaker, for example for a 690V installation.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une chambre de coupure (C) d'un appareil de protection électrique comprenant une chambre de formation d'arc (F) renfermant un contact fixe (5) et un contact mobile (6), lesdits contacts étant situés sur une branche de circuit électrique dite branche principale (1) lesquels contacts, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre dite d'extinction d'arc (E), cet arc étant apte à commuter dans une branche de circuit électrique dite branche de commutation (8), ladite branche de commutation étant située dans la chambre d'extinction d'arc, après une certaine distance d'ouverture entre les deux contacts, cette chambre E étant caractérisée en ce qu'elle comporte un premier élément limiteur de courant (CTPa) placé dans la branche dite principale (1) en série avec et en aval du contact mobile (6) et un second élément limiteur de courant (CTPb) placé dans la branche dite de commutation (8) en série avec le contact fixe (5), le premier élément étant apte à accélérer la commutation de l'arc et à interdire le retour de l'arc vers les contacts (5,6), ou reclaquage, une fois la commutation réalisée et le second élément (CTPb) permettant d'augmenter la tension de pôle lorsque l'arc est dans la chambre d'extinction d'arc (E) de manière à réaliser une limitation du courant de court-circuit.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention concerne une chambre de coupure d'un appareil de protection électrique comprenant une chambre de formation d'arc renfermant un contact fixe et un contact mobile, lesdits contacts étant situés sur une branche de circuit électrique dite branche principale lesquels contacts, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre dite d'extinction d'arc, ce contact mobile s'étendant de manière à tirer un arc entre les contacts lors de leur séparation, cet arc étant apte à commuter dans une branche de circuit électrique dite branche de commutation, ladite branche de commutation étant située dans la chambre d'extinction d'arc, après une certaine distance d'ouverture entre les deux contacts, ladite chambre de coupure comportant en outre des moyens aptes à limiter le courant dans la branche dite de commutation, ces moyens comportant un élément dit limiteur de courant dont la résistance est apte à augmenter sous l'effet du courant de manière à augmenter l'impédance dans la branche de commutation.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Dans les disjoncteurs basse tension, et plus particulièrement les disjoncteurs miniatures, avant la commutation, l'arc est placé entre le contact fixe et le contact mobile, et une tension d'arc s'établit entre les contacts, cette tension dépendant de la distance d'ouverture des contacts. L'arc commute lorsque l'ouverture des contacts est suffisante, dans une branche dite de commutation dans laquelle le courant est limité.
  • On connaît des solutions pour améliorer les performances de coupure de ces appareils en améliorant la limitation du courant en cas de court-circuit.
  • On connaît par exemple le brevet DE19810981 , lequel décrit une solution consistant à placer dans la branche de commutation un CTP de type métallique, et donc à faible saut résistif et ne permettant donc qu'une limitation faible du courant de court-circuit. Ce faible saut résistif du CTP garantit une absence de reclaquage, c'est-à-dire de retour de l'arc vers les contacts car la résistance du CTP après la commutation est faible.
  • Dans les brevets WO 200661375 et EP1384240 , l'on utilise un CTP dans la branche de commutation, ce qui permet de limiter le courant de court-circuit après la commutation de l'arc. Ces appareils présentent un risque de reclaquage important si la branche de commutation est trop résistante, ce qui limite l'importance de la limitation de courant que l'on peut obtenir avec de tels appareils, car une augmentation importante de la résistance CTP entraîne une augmentation significative correspondante du risque de reclaquage.
    Généralement, les brevets connus décrivent des appareils comportant soit un CTP dans la ligne principale, soit un CTP dans la ligne de commutation.
  • La présente invention résout ces problèmes et propose une chambre de coupure de conception simple permettant d'augmenter la limitation du courant dans un appareil de protection électrique, ainsi qu'un appareil de protection électrique comportant une telle chambre présentant de ce fait des performances de coupure améliorées.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet une chambre de coupure d'un appareil de protection électrique du genre précédemment mentionné, cette chambre étant caractérisée en ce qu'elle comporte un premier élément limiteur de courant placé dans la branche dite principale en série avec et en aval du contact mobile et un second élément limiteur de courant placé dans la branche dite de commutation en série avec le contact fixe, le premier élément étant apte à accélérer la commutation de l'arc et à interdire le retour de l'arc vers les contacts, ou reclaquage, une fois la commutation réalisée et le second élément permettant d'augmenter la tension de pôle lorsque l'arc est dans la chambre d'extinction d'arc de manière à réaliser une limitation du courant de court-circuit.
  • Selon une caractéristique particulière, l'un au moins des éléments précités est un élément dit CTP à coefficient de température positif.
  • Selon une réalisation particulière, les premier et deuxième éléments précités sont respectivement un premier et un second composant ou une première et une seconde thermistance CTP à coefficient de température positif.
  • Selon une caractéristique particulière, la valeur de la résistance à une température sensiblement de +40°C du premier élément CTP (CTPa) est réglée de manière à être sensiblement égale à 1,8 m
    Figure imgb0001
    afin de limiter la puissance du disjoncteur à une valeur de 3 Watts au maximum.
  • Selon une caractéristique particulière, le saut résistif du premier élément CTP est au minimum de 20, de manière à accélérer la commutation de l'arc et interdire les reclaquages après la commutation de l'arc.
  • Selon une autre caractéristique, la valeur de la résistance à une température de sensiblement 40° du second élément CTP est réglée de telle manière que la résistance de la branche de commutation soit toujours inférieure à celle de la branche principale afin de garantir une absence de reclaquage.
  • Selon une autre caractéristique, la valeur du saut résistif du second élément CTP est réglée de manière à ne pas entraîner de reclaquage une fois que le second élément CTP aura transité.
  • Selon une autre caractéristique, la valeur résistive à chaud, ou valeur du CTP transité, du second élément CTP est inférieur à la valeur résistive de la ligne principale, laquelle valeur résistive est principalement définie par la valeur résistive à chaud du premier CTP.
  • Selon une autre caractéristique, cette chambre de coupure comporte, associée à l'un au moins des deux éléments CTP, une résistance supplémentaire ou un shunt, montée en parallèle du (des) élément(s) CTP(s), dont la valeur de résistance est choisie de manière à régler la valeur du saut résistif.
  • Selon une autre caractéristique, cette chambre de coupure comporte un shunt monté en parallèle du second élément CTP, ce shunt présentant une résistance dont la valeur est inférieure au minimum de 10% à la valeur du premier élément CTP transité.
  • Selon une autre caractéristique, l'énergie nécessaire à la transition du second élément CTP est réglée de manière à permettre une transition du second élément CTP, pour un courant de court-circuit de 25kA, en un temps inférieur à 500µs, de manière à réduire l'énergie de coupure.
    De préférence, ce temps est compris entre 200µs et 300µs.
  • La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique comportant une chambre de coupure, ladite chambre comportant les caractéristiques précédemment mentionnées prises seules ou en combinaison.
  • Selon une caractéristique particulière, cet appareil est un disjoncteur basse tension.
  • Selon une caractéristique particulière, ce disjoncteur comporte les bornes de serrage amont et aval, une bobine de déclenchement magnétique, les contacts électriques, et le bilame de déclenchement thermique, tous ces éléments étant reliés électriquement et constituant le circuit principal précité.
  • Selon une caractéristique particulière, cet appareil est un disjoncteur miniature présentant un calibre de 16 A, et la valeur de la résistance à une température de sensiblement 40°C du premier élément limiteur de courant ne dépasse pas 1,8m
    Figure imgb0002
    afin de limiter la puissance totale dissipée du disjoncteur à une valeur de 3W.
  • Selon une caractéristique particulière, cet appareil est un disjoncteur miniature présentant un calibre de 16A, et la valeur de la résistance à une température de sensiblement 40°C du second élément limiteur de courant, est inférieure à 3 m
    Figure imgb0003
    afin de garantir l'absence de reclaquage à faible courant.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
    • La figure 1 est un schéma électrique illustrant une chambre de coupure selon l'invention, et montrant plus particulièrement le circuit de courant avant la commutation de l'arc,
    • La figure 2 est un schéma électrique illustrant une chambre de coupure selon l'invention, et montrant plus particulièrement le circuit de courant après la commutation de l'arc,
    • La figure 3 est une représentation graphique illustrant la tension de pôle en fonction du temps lorsque le disjoncteur n'est équipé que d'une CTP dans le circuit principal, pour un courant de court-circuit de 25kA,
    • La figure 4 est une représentation graphique illustrant la tension de pôle en fonction du temps lorsque le disjoncteur n'est équipé que d'une CTP dans le circuit de commutation, pour un courant de court-circuit de 25kA,
    • La figure 5 est une représentation graphique illustrant la tension de pôle en fonction du temps pour un disjoncteur selon l'invention équipé de deux CTP, pour un courant de court-circuit de 25kA.
    • La figure 6 est une représentation graphique comportant deux courbes illustrant respectivement la résistance en fonction du temps pour les deux CTP de l'appareil de la figure précédente,
    • Les figures 7a et 7b sont des représentations graphiques illustrant le courant crête en fonction du courant de court-circuit (en kA), pour quatre architectures correspondant respectivement à un disjoncteur sans CTP, un disjoncteur avec CTP dans le circuit principal, un disjoncteur avec un CTP dans le circuit de commutation, et deux CTP respectivement dans les deux circuits, et
    • La figure 8 est une représentation graphique comportant quatre courbes illustrant respectivement l'énergie d'arc en fonction du courant de court-circuit pour les quatre architectures.
  • Sur les figures, on voit une chambre de coupure C selon l'invention appartenant à un disjoncteur basse tension miniature. Ce disjoncteur comporte de manière connue en soi un circuit de courant dit principal 1 comportant deux bornes de raccordement électriques 2,3, un déclencheur magnétique 4, un contact fixe 5, un contact mobile 6 et un déclencheur thermique 7 non représenté. Ces deux déclencheurs 4,7 sont destinés à entraîner l'ouverture des contacts fixe et mobile lors de l'apparition d'un court-circuit dans le circuit principal 1.
  • Le disjoncteur comporte une chambre de formation d'arc F comportant les contacts fixe 5 et mobile 6, et une chambre dite d'extinction d'arc E comportant un empilement de plaques 9 appelées séparateurs aptes à assurer le refroidissement de l'arc électrique après la commutation de cet arc dans une branche de circuit électrique dite de commutation 8. Le circuit de commutation part du contact fixe 5, traverse la chambre d'extinction d'arc E sensiblement perpendiculairement auxdites plaques 9 et rejoint le contact mobile 6 en un point de jonction P relié électriquement à la borne de raccordement amont 2 du disjoncteur.
  • Selon l'invention, le circuit principal 1 du disjoncteur comporte, situé en amont du contact mobile, une résistance CTP (CTPa) dite première, et dans le circuit de commutation, après l'empilement de plaques 9 de séparation, une résistance CTP dite seconde (CTPb).
  • La première résistance limitative CTPa est insérée dans la branche de courant nominal (permanent) 1. Compte tenu des contraintes maximales de puissance dissipée par le disjoncteur, cette première résistance CTPa présente avantageusement une faible résistance à une température ambiante, c'est à dire à une température comprise entre -25°C et +70°C. Par exemple, pour un disjoncteur miniature de calibre 16A, la première résistance CTPa, à 40°C, ne dépasse pas la valeur de 1,8m
    Figure imgb0004
    afin de limiter la puissance totale dissipée du disjoncteur à une valeur de 3 W.
  • De plus, pour garantir la plage de déclenchement du fait d'une contrainte normative, du bilame en série avec la première résistance CTP, il est nécessaire que la dérive dans le temps de la première résistance CTP soit limitée.
  • Cette première résistance CTPa sera conçue de manière à présenter à la fois des valeurs faibles de la résistance et de la dérive tout en offrant un saut résistif suffisamment élevé pour accélérer la commutation de l'arc et interdire les reclaquages après commutation de l'arc.
  • La transition résistive caractérise le passage d'un état conducteur à un état semi-isolant. Le saut résistif mesure cette transition, et est généralement exprimé par le rapport Rmax/R(0) sans unité (voir tableau dans ce qui suit). Avantageusement, ce saut résistif est au minimum de 20, cette valeur ne pouvant pas être atteinte avec un CTP de nature métallique.
  • La seconde résistance limitative CTP (CTPb) participe à la limitation du courant et de l'énergie par l'augmentation de l'impédance en série avec l'arc.
  • La valeur de la résistance à température ambiante de cette seconde résistance CTPb est réglée de manière que la résistance de la branche de commutation 8 soit toujours inférieure à celle de la branche principale 1 afin de garantir une absence de reclaquage, notamment pour les faibles courants de court-circuit, courants dont la valeur est insuffisante pour assurer la transition de la première résistance limitative CTPa. Par exemple, pour un disjoncteur miniature de 16A, la seconde résistance CTPb à froid ne dépasse avantageusement pas la valeur de 3m
    Figure imgb0005
    . En général, la résistance de la branche principale 1 comprenant le bilame est supérieure à la résistance de la branche de commutation 8.
  • Le saut résistif de la seconde résistance limitatrice CTPb est également réglé de manière à ne pas causer de reclaquage une fois que la seconde résistance CTPb aura transité.
  • Par exemple, la valeur résistive à chaud (valeur de CTP transité) de CTPb est avantageusement inférieure à la valeur résistive de la ligne principale 1, laquelle est principalement définie par la valeur résistive à chaud de CTPa.
  • Afin de garantir de manière précise le saut résistif de CTPb, il est avantageux de mettre en parallèle à CTPb une résistance ou un shunt dont la valeur est choisie pour répondre à cette contrainte, par exemple un shunt d'une valeur inférieure au minimum de 10% de la valeur de CTPa transitée. L'utilisation d'un shunt en parallèle permet aussi d'accroître la capacité de CTPb à tenir la contrainte thermique. De manière générale, le composant CTPb est dimensionné pour supporter une quantité d'énergie bien supérieure à CTPa.
  • Enfin, l'énergie Etransition nécessaire à la transition de CTPb est ajustée de manière à permettre une transition résistive le plus tôt possible après la commutation du courant, par exemple pour un courant de court-circuit de 25kA en un temps inférieur à 500µs maximum, de préférence entre 200 µs et 300µs, et ainsi accroître encore plus la limitation de l'énergie de coupure. Sur la figure 1, on peut voir en trait gras sur le dessin le circuit du courant I traversant le circuit principal 1 avant la commutation de l'arc.
  • Sur la figure 2, on peut voir en trait gras sur le dessin le circuit de courant traversant le circuit de commutation 8 après commutation de l'arc.
  • Sur la figure 3, on voit une courbe représentant la tension de pôle U(v) en fonction du temps t(s) pour un appareil ne comportant qu'une résistance limitative CTPa dans le circuit principal pour un courant de court-circuit de 25kA.
  • Cette courbe comporte une première partie a correspondant à la transition de la résistance CTP, phase pendant laquelle la tension d'arc augmente lentement jusqu'au moment de la commutation de l'arc, correspondant à une seconde phase b, seconde phase pendant laquelle la tension d'arc augmente brusquement jusqu'à un maximum de tension, après lequel maximum la tension diminue lentement au cours d'une troisième phase c correspondant à la diminution du courant de court-circuit. Dans un tel cas, le rôle de la première résistance est limitée à la phase a située avant la commutation de l'arc.
  • La figure 4 correspond au cas où le disjoncteur ne comporte qu'une résistance limitatrice dans le circuit de commutation pour un courant de court-circuit de 25 kA.
  • Cette courbe comprend une première partie d pendant laquelle la tension d'arc augmente lentement, puis une seconde partie e dans laquelle la tension d'arc augmente très rapidement, phase correspondant à la commutation de l'arc, puis une troisième partie f pendant laquelle la tension diminue lentement, une quatrième partie g au cours de laquelle la tension remonte brusquement, cette partie correspondant à la transition de la résistance limitatrice dans le circuit de commutation permettant de réaliser la limitation du courant, après quoi la tension de pôle diminue lentement dans une dernière partie h jusqu'à l'extinction de l'arc.
  • On voit sur cette figure que, afin de s'affranchir des reclaquages éventuels, la transition de la résistance est retardée et le saut résistif est limité.
  • La figure 5 illustre une courbe représentant la tension de pôle en fonction du temps pour un appareil selon l'invention comportant les deux résistances CTPa et CTPb pour un courant de court-circuit de 25 kA. Sur cette courbe, l'on voit que grâce à la transition résistive i de la première résistance CTPa, la transition résistive j de la seconde résistance CTPb peut être très rapide et élevée. En effet, l'on voit que cette transition j arrive très peu de temps après la commutation du courant k et qu'elle est très proche de la transition résistive i de la première résistance CTPa comme le montre également la figure 6 illustrant respectivement les valeurs des résistances R (ohms) des deux résistances CTPa et CTPb en fonction du temps t(s) en secondes.
  • Sur les figures 7a et 7b, représentant le courant crête I (kA) en fonction du courant de court-circuit Icc (kA) pour les quatre architectures A1, A2, A3, A4, ces quatre architectures représentant respectivement un appareil sans CTP, un appareil avec un CTP dans la branche principale, un appareil comportant un CTP dans la branche de commutation et un appareil comportant un CTP dans chacune des branches. Et l'on voit que l'on obtient une réduction du courant crête dans toutes les solutions du fait que toutes ces solutions présentent un CTP dans la branche principale.
  • Sur la figure 8, comportant quatre courbes représentant l'énergie d'arc E (kJ) en fonction du courant de court-circuit Icc (kA) pour respectivement les quatre architectures A1, A2, A3 et A4, l'on voit que le choix judicieux des valeurs de résistance et d'énergie de transition des deux résistances CTP permet de maintenir sensiblement constante l'énergie de coupure E2 pour toutes les valeurs de court-circuit.
  • Le fonctionnement d'un appareil de protection électrique selon l'invention va être décrit dans ce qui suit en référence aux figures.
  • En courant nominal, tel qu'illustré sur la figure 1, le courant I passe dans un circuit comprenant les bornes de raccordement 2,3, la bobine de déclenchement magnétique 4, les contacts électriques 5,6 et le bilame de déclenchement thermique 7.
  • Lors de l'apparition d'un court-circuit, un arc est généré entre les contacts. Sous l'effet du passage du courant, la valeur de la résistance de la première résistance CTPa va augmenter ainsi que l'impédance totale de cette branche dite principale 1. Cette augmentation d'impédance va accélérer la commutation de l'arc électrique vers la branche 8 où est placée la chambre d'extinction d'arc E.
  • Lorsque l'arc se trouve dans la chambre d'extinction E (figure 2), la seconde résistance limitatrice CTPb intervient à son tour. Sa transition va s'ajouter à la tension développée par l'arc dans la chambre d'extinction E et accroître la limitation du courant de court-circuit.
  • Compte-tenu de la présence de la première résistance CTPa, l'arc ne peut revenir sur les contacts du fait de la transition du premier composant CTPa. Les deux CTP sont complémentaires dans le sens où :
    • 1 : CTPa favorise une rapide commutation de l'arc grâce à un rapide saut résistif en cas de court-circuit. En outre, CTPa garantit l'absence de reclaquage une fois que l'arc a commuté vers la chambre d'arc. Eventuellement, CTPa permet aussi de limiter le courant crête.
    • 2 : CTPb limite rapidement l'énergie de coupure en ajoutant à la tension d'arc une tension supplémentaire, tout en garantissant l'absence de reclaquage grâce à une limitation du saut résistif.
  • Enfin, le choix judicieux des valeurs des résistances des deux CTP et de l'énergie nécessaire à leur transition résistive permet de maintenir sensiblement constante l'énergie de coupure pour tous les courants de court-circuit, et ainsi de dimensionner la chambre de coupure pour une coupure à faible énergie.
  • Ci-dessous sont présentés des résultats de simulation sur un disjoncteur miniature de calibre 16A en fonction du courant de court-circuit CC (kA) à 240 V dans les quatre architectures suivantes :
    • 1 : Disjoncteur seul.
    • 2 : Disjoncteur avec 2 CTP, l'un dans la branche principale, l'autre dans la branche de commutation.
    • 3 : Disjoncteur avec 1 CTPb dans la branche de commutation (BC).
    • 4 : Disjoncteur avec 1 CTPa dans la branche principale (BP).
    Disjoncteur sans CTP Disjoncteur avec 2 CTP Disjoncteur avec 1 CTP (BC) Disjoncteur avec 1 CTP (BP)
    CTPa CTPb CTPb CTPa
    R(0) mOhm 1.8 3 3 1.8
    Rmax mOhm 48 44 33 48
    E transition (J) 20 20 55 20
    Courant CC (kA) crête 1 (kA) I2.t1 (kA2.s) Durée (ms) E arc1 (kJ) crête 2 (kA) I2.t2 (kA2.s) Durée (ms) E arc2 (kJ) crête 3 (kA) I2.t3 (kA2.s) Durée (ms) E arc3 (kJ) crête 4 (kA) I2.t4 (kA2.s) Durée (ms) E arc4 (kJ)
    6 3.24 13.2 4.3 1.64 3.21 12.0 4.0 1.37 3.24 12.8 4.3 1.57 3.22 13.1 4.3 1.62
    8 3.87 20.7 4.0 2.20 3.64 16.2 3.6 1.56 3.87 19.9 4.0 2.10 3.64 18.9 4.0 2.04
    10 4.38 24.2 3.8 2.33 3.93 17.8 3.3 1.51 4.38 23.2 3.8 2.21 3.93 20.9 3.8 2.04
    12 4.92 29.7 3.5 2.56 4.28 20.3 2.9 1.53 4.92 27.7 3.3 2.28 4.28 24.4 3.5 2.12
    15 5.43 32.0 3.2 2.58 4.63 20.9 2.7 1.44 5.43 29.2 3.0 2.20 4.63 25.5 3.2 2.08
    18 5.87 33.4 3.0 2.55 4.92 21.4 2.4 1.35 5.87 30.0 2.7 2.10 4.92 26.4 3.0 2.02
    20 6.20 35.2 2.9 2.56 5.10 22.2 2.3 1.30 6.20 31.2 2.5 2.06 5.10 27.2 2.9 1.98
    25 6.91 38.2 2.6 2.52 5.49 22.3 2.0 1.15 6.91 33.3 2.2 1.94 5.49 28.0 2.6 1.86
  • On notera que le saut résistif s'exprime par la valeur Rmax/R(0) dans le tableau ci-dessus.
  • L'invention s'applique avantageusement à tout appareil de protection électrique comportant une chambre de coupure et en particulier un disjoncteur à courant continu ou un disjoncteur à courant alternatif à tension élevée, par exemple pour une installation de 690V.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
  • Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit.

Claims (17)

  1. Chambre de coupure d'un appareil de protection électrique comprenant une chambre de formation d'arc renfermant un contact fixe et un contact mobile, lesdits contacts étant situés sur une branche de circuit électrique dite branche principale lesquels contacts, au moment de leur séparation, forment un arc entre eux, ladite chambre de formation d'arc communiquant avec l'entrée d'une deuxième chambre dite d'extinction d'arc, ce contact mobile s'étendant de manière à tirer un arc entre les contacts lors de leur séparation, cet arc étant apte à commuter dans une branche de circuit électrique dite branche de commutation, ladite branche de commutation étant située dans la chambre d'extinction d'arc, après une certaine distance d'ouverture entre les deux contacts, ladite chambre de coupure comportant en outre des moyens aptes à limiter le courant dans la branche dite de commutation, ces moyens comportant un élément dit limiteur de courant dont la résistance est apte à augmenter sous l'effet du courant de manière à augmenter l'impédance dans la branche de commutation,
    caractérisée en ce qu'elle comporte un premier élément limiteur de courant (CTPa) placé dans la branche dite principale (1) en série avec et en aval du contact mobile (6) et un second élément limiteur de courant (CTPb) placé dans la branche dite de commutation (8) en série avec le contact fixe (5), le premier élément étant apte à accélérer la commutation de l'arc et à interdire le retour de l'arc vers les contacts (5,6), ou reclaquage, une fois la commutation réalisée et le second élément (CTPb) permettant d'augmenter la tension de pôle lorsque l'arc est dans la chambre d'extinction d'arc E de manière à réaliser une limitation du courant de court-circuit.
  2. Chambre de coupure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins des éléments précités est un élément dit CTP à coefficient de température positif.
  3. Chambre de coupure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les premier et deuxième éléments précités (CTPa), (CTPb) sont respectivement un premier et un second composant ou une première et une seconde thermistance CTP à coefficient de température positif.
  4. Chambre de coupure selon la revendication 3, caractérisée en ce que la valeur de la résistance à une température sensiblement égale à +40°C du premier élément (CTPa) est au maximum de 1,8m
    Figure imgb0006
    afin de limiter la puissance du disjoncteur à une valeur de 3 Watts.
  5. Chambre de coupure selon la revendication 4, caractérisée en ce que la valeur du saut résistif Rmax/R(0) du premier élément CTP (CTPa) est au minimum de 20, de manière à accélérer la commutation de l'arc et interdire les reclaquages après la commutation de l'arc.
  6. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que la valeur de la résistance à une température sensiblement égale à 40°C du second élément CTP (CTPb) est réglée de telle manière que la résistance de la branche de commutation (8) soit toujours inférieure à celle de la branche principale (1) afin de garantir une absence de reclaquage.
  7. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisée en ce que la valeur du saut résistif du second élément CTP (CTPb) est tel qu'aucun reclaquage ne soit généré une fois que le second élément CTP aura transité.
  8. Chambre de coupure selon la revendication 7, caractérisée en ce que la valeur résistive à chaud, ou valeur du CTP transité, du second élément CTP (CTPb) est inférieure à la valeur résistive de la ligne principale (1), laquelle valeur résistive est principalement définie par la valeur résistive à chaud du premier CTP (CTPa).
  9. Chambre de coupure selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comporte, associée à l'un au moins des deux éléments CTP (CTPa,CTPb), une résistance supplémentaire ou un shunt, montée en parallèle du (des) élément(s) CTP(s), dont la valeur de résistance est choisie de manière à régler la valeur du saut résistif.
  10. Chambre de coupure selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un shunt monté en parallèle du second élément CTP(CTPb), ce shunt présentant une résistance dont la valeur est inférieure au minimum de 10% à la valeur du premier élément CTP transité (CTPa).
  11. Chambre de coupure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'énergie nécessaire à la transition du second élément CTP (CTPb) est telle que la transition du second élément (CTPb) pour un courant de court-circuit de 25kA, est réalisée en un temps inférieur à 500µs, de manière à réduire l'énergie de coupure.
  12. Chambre de coupure selon la revendication 11, caractérisé en ce que ce temps est compris entre 200µs et 300µs.
  13. Appareil de protection électrique, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de coupure C selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  14. Appareil de protection électrique selon la revendication 13, caractérisé en ce que c'est un disjoncteur basse tension.
  15. Appareil de protection électrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que ce disjoncteur comporte les bornes de serrage amont (2) et aval (3), une bobine de déclenchement magnétique (4), les contacts électriques (5,6), et le bilame de déclenchement thermique (7), tous ces éléments étant reliés électriquement et constituant le circuit principal précité (1).
  16. Appareil de protection électrique selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que c'est un disjoncteur miniature présentant un calibre de 16 A, et en ce que la valeur de la résistance à une température sensiblement égale à +40°C du premier élément limiteur (CTPa) ne dépasse pas 1,8m
    Figure imgb0007
    afin de limiter la puissance totale dissipée du disjoncteur à une valeur de 3W.
  17. Appareil de protection électrique selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que c'est un disjoncteur miniature présentant un calibre de 16A, et en ce que la valeur de la résistance à une température sensiblement égale à +40°C du second élément limiteur (CTPb) est inférieure à 3 m
    Figure imgb0008
    .
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