FR2661775A1

FR2661775A1 - Contacteur-disjoncteur.

Info

Publication number: FR2661775A1
Application number: FR9005704A
Authority: FR
Inventors: Aymami Juan; Muniesa Jacques; Rapeaux Michel
Original assignee: La Telemecanique Electrique SA
Current assignee: Telemecanique SA
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-11-08
Anticipated expiration: 2010-05-04
Also published as: FR2661775B1; DE4114523A1; US5153803A; JPH06216418A

Abstract

Dans ce contacteur-disjoncteur, les contacts de puissance (19-20) sont associés en série avec un élément supraconducteur (18) qui est commandé par un élément de chauffage (23) et qui est structuré pour présenter une résistance très élevée par suite de sa transition commandée de l'état supraconducteur à l'état normal en réponse à un ordre de fermeture ou d'ouverture ou par suite de sa transition intrinsèque de l'état supraconducteur à l'état normal en réponse à un courant de défaut, de manière à assurer une fermeture et une ouverture des contacts de puissance (19-20) sur un même courant dit de fuite, de valeur très faible.

Description

CONTACTEUR-DISJONCTEUR.

La présente invention concerne un appareil électrique du genre contacteurdisjoncteur utilisant les mêmes contacts de puissance pour assurer les fonctions de contacteur et

de disjoncteur.

De tels appareils électriques du genre contacteur-dis-

joncteur sont bien connus et comprennent notamment par

exemple:

au moins un pôle à contacts séparables dits de puis-

sance; un électro-aimant présentant une bobine apte à être alimentée au moyen d'impulsions de courant constituant des ordres de fermeture et d'ouverture générés en réponse à l'actionnement d'un organe de commande manuelle, et une armature mobile à laquelle est attelé un mécanisme de commande, ce mécanisme étant agencé pour fermer et ouvrir les contacts en fonction de l'ordre transmis à la bobine; un dispositif de déclenchement automatique associé audit pôle et provoquant l'ouverture des contacts suite à la détection d'un court-circuit; des dispositifs d'extinction d'arc associés à chaque

chambre de coupure.

Dans ces appareils qui combinent la fonction "contacteur" et la fonction "disjoncteur", il est prévu d'intégrer uniquement à la fonction "disjoncteur" une fonction de limitation de courant qui est remplie, par exemple, par un percuteur magnétique sur chaque pôle, afin d'assurer

une protection des contacts lors d'un court-circuit.

Or, comme ces appareils utilisent les mêmes contacts pour assurer la fonction "contacteur" et la fonction "disjoncteur", il est également souhaitable de protéger les contacts lors de leur commande par l'électroaimant

de manière à empêcher notamment toute apparition éven-

tuelle du phénomène connu de rebond lors de la fermeture

des contacts.

L'invention a pour but de réaliser un appareil électrique du genre contacteur-disjoncteur utilisant les mêmes contacts de puissance pour les fonctions de contacteur et de disjoncteur, qui assure d'une manière simple une excellente protection des contacts aussi bien lors d'une fermeture ou d'une ouverture par commande manuelle, que

lors d'un déclenchement automatique en cas de défaut.

A cet effet, l'idée maîtresse du contacteur-disjoncteur selon l'invention réside dans le fait que les contacts de

puissance sont associés en série avec un élément supra-

conducteur commandé thermiquement et structuré pour pré-

senter une résistance très élevée par suite de sa transi-

tion commandée de l'état supraconducteur à l'état normal en réponse à un ordre de fermeture ou d'ouverture ou par

suite de sa transition intrinsèque de l'état supraconduc-

teur à l'état normal en réponse à un courant de défaut, en sorte que les contacts se ferment et s'ouvrent sur un

même courant dit de fuite, de valeur très faible.

Grâce à ce courant de fuite, il en résulte avantageuse-

ment qu'aucun arc électrique n'est alors susceptible de se produire entre les contacts, ce qui permet désormais 2 -

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de se dispenser de toute structure de soufflage d'arc,

contrairement à l'art antérieur.

L'invention a donc pour objet un contacteur-disjoncteur, caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un chemin polaire comprenant une paire de contacts coopérants dits de puissance en série avec un élément supraconducteur placé dans une enceinte étanche remplie d'un gaz, ladite enceinte étant immergée dans un milieu thermostaté à une température inférieure à la température critique de l'élément supraconducteur; des moyens de commande électrique assujettis à un organe de commande manuelle et adaptés pour délivrer un signal logique de commande comportant des ordres de fermeture et d'ouverture; un élément de chauffage placé dans l'enceinte étanche

en étant électriquement isolé de l'élément supraconduc-

teur, recevant le signal logique de commande et trans-

mettant de la chaleur à l'élément supraconducteur tant sur un ordre de fermeture que sur un ordre d'ouverture pour porter la température de celui-ci au-dessus de sa température critique provoquant la transition de l'élément supraconducteur de l'état supraconducteur à l'état normal, ledit élément supraconducteur étant structuré de manière à présenter une résistance élevée après cette transition; un dispositif bistable de commande électromagnétique recevant le signal logique de commande et actionnant

les contacts de puissance dans le sens de leur ferme-

ture en réponse à un ordre de fermeture ou dans le sens de leur ouverture en réponse à un ordre d'ouverture, avec un temps de réaction supérieur à celui provoquant la transition de l'élément supraconducteur de l'état supraconducteur à l'état normal suite à cet ordre de fermeture ou d'ouverture; des moyens de détection automatique d'un courant de

défaut connectés en parallèle sur l'élément supracon-

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ducteur, lequel élément étant adapté pour transiter

intrinsèquement de l'état supraconducteur à l'état nor-

mal en présence du courant de défaut le parcourant; des moyens temporisés de commande électrique assujettis aux moyens de détection et adaptés pour délivrer, après une temporisation de durée au moins égale à celle de l'ordre de fermeture, une impulsion de courant de défaut qui est transmise, d'une part, à l'élément de

chauffage transmettant de la chaleur à l'élément supra-

conducteur commuté intrinsèquement à l'état normal de manière à accroître la résistance de ce dernier et,

d'autre part, au dispositif bistable de commande élec-

tromagnétique actionnant en fin d'impulsion les

contacts de puissance dans le sens de leur ouverture.

D'autres caractéristiques et avantages 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 simplifié

d'un exemple de réalisation du contacteur-

disjoncteur conforme à l'invention;

Les figures 2, 3 et 4 sont des vues schéma-

tiques en coupe illustrant respectivement trois

modes de réalisation du dispositif de commuta-

tion à supraconducteur de la figure 1;

Les figures 5 à 9 sont des chronogrammes expli-

citant le schéma de la figure 1 dans le cadre d'un ordre de fermeture et d'un ordre d'ouverture (mode contacteur); et Les figures 10 à 14 sont des chronogrammes explicitant le schéma de la figure 1 dans le

cadre d'un défaut (mode disjoncteur).

La figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un contacteurdisjoncteur selon l'invention, désigné par la référence générale 10, qui est représenté ici en version

unipolaire, étant entendu qu'il peut également être réa-

lisé en version multipolaire. Le contacteur-disjoncteur 10, figure 1, comprend un conducteur d'entrée 11 et un conducteur de sortie 12 connectés respectivement à deux bornes de puissance 13, 14; il est inséré en série avec une charge 15 dans une ligne électrique principale 16 alimentée par une tension Ul. Le chemin polaire 17 présente, entre les deux bornes de puissance 13, 14, un montage série composé d'un élément supraconducteur 18 et d'une paire de contacts séparables de puissance 19- 20 dont l'un ( 19) est mobile et dont

l'autre ( 20) est fixe.

Sur la figure 1, on a désigné globalement en 22 un dispo-

sitif de commutation de courant comprenant l'élément supraconducteur 18 commandé par un élément de chauffage

23; la constitution et le rôle de ce dispositif de com-

mutation 22 seront décrits en détail plus loin.

L'élément de chauffage 23 du dispositif de commutation

22, figure 1, est branché entre deux conducteurs élec-

triques 25, 26 dont l'un ( 25) est directement connecté à une première borne de commande 27 et dont l'autre ( 26) est connecté à une seconde borne de commande 28 via une paire de contacts séparables 29-30 sollicités dans le sens de leur fermeture par actionnement d'un organe de

commande manuelle 32, tel que par exemple un bouton-pous-

soir, via un mécanisme de commande représenté schémati-

quement en 33, pour générer en position fermée une impul-

sion de courant, par exemple de niveau logique 1, alimen-

tant l'élément de chauffage 23 et constituant soit un ordre de fermeture, soit un ordre d'ouverture; une - tension U 2 est appliquée entre les deux bornes de

commande 27, 28.

Comme on l'explicitera par la suite, lorsque l'élément de chauffage 23 est parcouru par un courant de commande i correspondant à un ordre de fermeture ou d'ouverture

donné en réponse à l'actionnement du bouton 32, il trans-

met de la chaleur à l'élément supraconducteur 18 pour

porter la température de celui-ci au-dessus de sa tempé-

rature critique, provoquant ainsi la transition du maté-

riau supraconducteur de l'état supraconducteur à l'état normal. Sur la figure 1, une bobine 35 de type bistable est connectée en parallèle sur l'élément de chauffage 23 et est excitée, en changeant d'état stable, au moyen de 1 r impulsion de courant constituant l'un des deux ordres fermeture ou ouverture donné en réponse à l'actionnement du bouton 32; elle est excitée jusqu'au moment o apparaît l'impulsion de courant constituant

l'autre ordre, changeant alors d'état stable.

La bobine bistable 35 appartient à un électro-aimant (non figuré), de type connu en soi, faisant appel à un circuit magnétique mobile associé à un mécanisme de commande

représenté schématiquement en 37 sur la figure 1 et sol-

licitant les contacts de puissance 19-20 soit dans le sens de la fermeture lors de l'excitation de la bobine 35 suite à un ordre de fermeture par commande manuelle, soit dans le sens de l'ouverture lors de la désexcitation de la bobine 35 au moment de l'apparition de l'ordre

d'ouverture par commande manuelle.

Afin d'empêcher que les contacts de puissance 19-20 se ferment et s'ouvrent, par suite de la commande manuelle,

sur le courant d'emploi pour lequel l'élément supracon-

ducteur 18 est à l'état supraconducteur, l'électro-aimant (comportant la bobine bistable 35) et son mécanisme de 6 -

commande 37 sont adaptés de manière que le temps de bas-

culement des contacts de puissance 19-20 soit supérieur au temps de transition du matériau supraconducteur de l'état supraconducteur à l'état normal suite aux ordres de fermeture et d'ouverture par commande manuelle. Comme le montre la figure 1, un montage série composé d'une paire de contacts séparables 39-40 et d'une bobine

42 est connecté en parallèle sur l'élément supraconduc-

teur 18, les contacts 39-40 étant situés du côté du

conducteur d'entrée 11.

Les contacts 39-40 sont sollicités simultanément avec les contacts de puissance 19-20 dans le sens de la fermeture ou dans le sens de l'ouverture par le même mécanisme de commande 37 associé à l'électroaimant comportant la

bobine bistable 35.

La bobine 42 appartient à un électro-aimant (non figuré),

de type connu en soi, faisant appel à un circuit magné-

tique mobile associé à un mécanisme de commande repré-

senté schématiquement en 44 sur la figure 1 et sollici-

tant une paire de contacts temporisés 46-47 connectés en parallèle sur les contacts 29-30, uniquement dans le sens de la fermeture et après une durée de défaut prédéfinie, lorsque la bobine 42 est excitée par un courant de défaut Comme on le verra plus loin, la bobine 42 joue en quelque sorte le rôle d'organe de détection automatique d'un courant de défaut; par ailleurs, la temporisation des contacts 46-47 est déterminée de manière qu'elle soit au moins égale à la durée de l'ordre de fermeture donné en réponse à l'actionnement du bouton 32 En position fermée, suite à un défaut, les contacts 46-47 délivrent une impulsion de courant de défaut, par exemple de niveau logique 1, alimentant à la fois l'élément de chauffage 23

et la bobine bistable 35.

7 - En référence aux figures 2, 3 et 4 dans lesquelles les éléments identiques portent les mêmes références, on va

maintenant décrire en détail la constitution du disposi-

tif de commutation de courant 22 de la figure 1.

Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 2, ce dispositif 22 comporte une enceinte étanche 50 à l'intérieur de laquelle sont disposées trois couches planes superposées réalisées à partir d'un substrat 51, à savoir: une couche supraconductrice 18, une couche

diélectrique 52, par exemple en zircone, de faible épais-

seur de l'ordre de quelques microns, et une couche résis-

tive 53 réalisée ici en métal, par exemple en argent ou en nickel, servant d'élément de chauffage ( 23, figure 1), en l'occurrence une résistance électrique Une éventuelle mince couche d'arrêt (non figurée) peut être interposée

entre le substrat 51 et la couche supraconductrice 18.

L'enceinte étanche 50 est immergée dans un milieu thermo-

staté 54 contenu dans un récipient 55 et constitué par exemple par de l'azote liquide ou par tout autre gaz

liquéfié de température inférieure à la température cri-

tique du matériau supraconducteur 18 A titre illustratif non limitatif, le matériau supraconducteur est une perovskite du type Yl Ba 2 Cu 3 07-x dont la température critique Tc est voisine de 92 K, le milieu thermostaté 54 étant alors de l'azote liquide (température d'ébullition

égale à 77,3 K à la pression atmosphérique).

La couche supraconductrice 18 est insérée dans le chemin polaire 17 via des traversées étanches isolantes (non figurées), tandis que la couche résistive 53 est insérée entre les deux conducteurs 25, 26 via des traversées étanches isolantes (non figurées) La couche diélectrique 52 interposée entre les couches supraconductrice 18 et résistive 53 assure donc l'isolement électrique entre la

partie puissance et la partie commande.

8 - L'enceinte étanche 50 est par ailleurs remplie d'un gaz 56, tel que par exemple de l'azote, de l'hélium ou encore de l'air sec, qui reste à l'état gazeux à la température du milieu thermostaté 54 Comme l'enceinte étanche 50 enfermant la couche supraconductrice 18 baigne dans le milieu thermostaté 54, le gaz 56 sert donc entre autres à isoler thermiquement le matériau supraconducteur de sorte qu'au cours de l'échauffement de ce dernier par la couche résistive 53 parcourue par le courant de commande i, les pertes d'énergie vers le milieu thermostaté sont très faibles. Dans la variante illustrée à la figure 3, la couche

résistive 53 servant d'élément de chauffage est consti-

tuée par un substrat en matériau approprié, par exemple en silicium dopé, à partir duquel sont formées les

couches respectivement diélectrique 52 et supraconduc-

trice 18.

Il convient de noter que sans s'écarter pour autant de l'esprit de l'invention, d'une part, les trois couches respectivement supraconductrice 18, diélectrique 52 et résistive 53 peuvent constituer une structure filaire et, d'autre part, dans ce cas ainsi que dans celui d'une

structure par empilage de ces trois couches comme illus-

tré en particulier à la figure 2, les deux couches res-

pectivement supraconductrice 18 et résistive 53 peuvent

être inversées.

Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 4, il est prévu un module à effet Peltier, connu en soi et représenté schématiquement en 58 sur cette figure 4, pour jouer le rôle de l'élément de chauffage 23 sur la figure 1 Ce module à effet Peltier 58, figure 4, présente une première face plane 58 a, dite face froide, plaquée contre une paroi plane 50 a de l'enceinte 50 réalisée ici en métal, tel que par exemple en cuivre, et une seconde face plane 58 b, dite face chaude, par exemple en cuivre, 9 - -

disposée en contact thermique avec la couche supraconduc-

trice 18 via la couche diélectrique 52.

A titre de variante, on indiquera que la face froide, par exemple en cuivre, du module à effet Peltier peut consti- tuer l'une des parois externes de l'enceinte 50 et être ainsi directement en contact avec le milieu thermostaté

54; dans ce cas, l'enceinte 50 n'a pas lieu d'être réa-

lisée en métal.

Dans ces exemples de réalisation illustrés figures 2, 3

et 4, l'élément de chauffage utilisé, à savoir une résis-

tance électrique 53 (figures 2 et 3) ou un module à effet Peltier 58 (figure 4), permet, lorsqu'il est alimenté par une impulsion de courant de commande correspondant à un ordre de fermeture ou d'ouverture par commande manuelle, d'augmenter la température de la couche supraconductrice 18 au-dessus de sa température critique, provoquant ainsi la transition du matériau supraconducteur de l'état

supraconducteur à l'état normal.

Afin que cette transition du matériau supraconducteur soit rapide, il est nécessaire, d'une part, de travailler en régime transitoire et, d'autre part, de structurer le matériau supraconducteur de manière à ce qu'il présente

un produit mc (_ étant sa masse et c sa capacité calori-

fique) qui soit le plus faible possible De plus, comme le gaz 56 (figures 2, 3 et 4) contenu dans l'enceinte étanche 50 présente une faible masse calorifique, il contribue notablement à l'établissement rapide de cette

transition du matériau supraconducteur de l'état supra-

conducteur à l'état normal.

Par ailleurs, l'élément supraconducteur 18 est adapté pour transiter intrinsèquement de l'état supraconducteur à l'état normal lorsque la valeur d'un courant de défaut le traversant est au moins égale à celle de son courant critique Ic défini par Ic = Jc S o Jc est la densité de courant critique dépendant de la nature du matériau

supraconducteur et S la section de l'élément supraconduc-

teur A partir de cette valeur de courant critique, 1 'élément supraconducteur se comporte comme un limiteur passif de courant avec une valeur de courant dite de limitation intrinsèque ILI = Ic = Jc S qui dépend donc de

la nature et de la géométrie de l'élément supraconduc-

teur. A titre uniquement d'exemple, en utilisant un matériau supraconducteur du type Yî Ba 2 Cu 3 07-x dont la densité de courant Jc est égale à 106 A/cm 2, il est possible d'obtenir une valeur de courant de limitation intrinsèque ILI = 100 A en dimensionnant l'élément supraconducteur, par exemple dans le cas o celui-ci est plan de section droite S = hl o h et 1 sont respectivement son épaisseur et sa largeur, de telle sorte que S = 10-4 cm 2, soit par

exemple h = 50 pim et 1 = 200 pm.

L'élément supraconducteur 18 est également adapté pour introduire dans la ligne principale 16 (figure 1), par

suite de sa transition commandée de l'état supraconduc-

teur à l'état normal par action de l'élément de chauffage

23 en cas de commande manuelle ou par suite de sa transi-

tion intrinsèque de l'état supraconducteur à l'état nor-

mal en cas de défaut, une résistance élevée, notée RLC, telle que le courant à établir lors de la fermeture par commande manuelle des contacts de puissance 19-20 ou à couper lors de l'ouverture par commande manuelle ou lors de l'ouverture automatique (en cas de défaut) de ces contacts, soit très inférieur au courant d'emploi IE; ce courant, noté ILC et dénommé courant de fuite, est égal à ILC = Ul (en supposant que l'impédance de la charge 15 RLC

est nettement inférieure à la résistance RLC).

La résistance RLC étant définie par RLC = PLC L ou PLC est la résistivité de l'élément 18 à l'état normal, L et il - 12 - S respectivement la longueur et la section de l'élément 18, le courant de fuite ILC est donc égal à: S ILC = Ul - PLC L et dépend donc également de la nature et de la géométrie

de l'élément supraconducteur.

En reprenant l'exemple choisi précédemment, la résisti-

vité du type de matériau retenu ci-dessus à l'état normal PLC est égale à 10-3 Q cm, de sorte que pour une longueur L de l'élément supraconducteur égale par exemple à 4 m et pour une tension d ' alimentation UJ = 400 v, la section S étant égale à 10-4 cm 2, on obtient une valeur de courant de fuite ILC = 0,1 A. Le fonctionnement du contacteur-disjoncteur 10 de la

figure 1 est le suivant.

Tout d'abord, sur un ordre de fermeture donné par le bou-

ton 32, les contacts 29-30 se ferment et délivrent une impulsion de courant dite de fermeture If (figure 5) qui est transmise à la fois à l'élément de chauffage 23 et à

la bobine bistable 35.

Dans le cas o l'élément de chauffage est constitué par la résistance électrique 53 illustrée aux figures 2 et 3, le passage de cette même impulsion de courant If (figure 6) dans la couche résistive 53 transmet de la chaleur à l'élément supraconducteur 18, lequel s'échauffe et atteint rapidement la température critique Tc permettant à la transition du matériau de l'état supraconducteur à l'état normal de s'effectuer, après un temps très court t RS (figure 7); la résistance de l'élément 18 augmente alors considérablement, prenant la valeur RLC (figure 7) et restant à cette valeur jusqu'à la fin de l'impulsion

de courant If.

Dans le cas o l'élément de chauffage est constitué par le module à effet Peltier 58 illustré à la figure 4, le passage de l'impulsion de courant If dans le module à effet Peltier provoque une élévation de température de sa face chaude 58 b, laquelle porte rapidement la température

du matériau supraconducteur 18 au-dessus de la tempéra-

ture critique Tc permettant ainsi à la transition du matériau de l'état supraconducteur à l'état normal de

s'effectuer, après le temps t RS (figure 7); la résis-

tance de l'élément 18 augmente alors considérablement, prenant la valeur RLC (figure 7) et restant à cette

valeur jusqu'à la fin de l'impulsion de courant If.

Il convient de noter que l'échauffement commandé de l'élément supraconducteur 18 est rendu possible dans le cas présent grâce à l'enceinte étanche 50 qui isole le

matériau supraconducteur 18 vis-à-vis du milieu thermo-

staté 54.

L'élément supraconducteur 18 étant à l'état normal, la bobine de type bistable 35 excitée au moyen de

l'impulsion de courant If provoque l'actionnement simul-

tané des contacts de puissance 19-20 et des contacts 39-

40 dans le sens de la fermeture, via le mécanisme de com-

mande 37 Comme le temps de basculement de ces contacts 19-20 et 39-40, noté t' sur la figure 9, est supérieur au temps de transition t RS de l'élément supraconducteur 18, les contacts de puissance 19-20 ainsi que les contacts 39-40 se ferment La bobine 42 étant adaptée à la tension Ul et la branche comportant les contacts 39-40 et la bobine 42 étant adaptée pour présenter une résistance nettement supérieure à RLC, la fermeture (voir figure 9) des contacts de puissance 19-20 s'effectue alors sur le courant de fuite ILC (figure 8), de valeur égale à 0,1 A

dans l'exemple choisi précédemment.

13 - Etant donné que la bobine 35 est de type bistable, les contacts 1920 et 39-40 restent alors fermés en l'absence

de tout courant de commande.

Par ailleurs, comme la temporisation des contacts 46-47 est supérieure à la durée de l'impulsion de courant If,

ceux-ci restent en position ouverte.

En fin d'impulsion de courant If, les contacts 29-30 s'ouvrent et l'élément de chauffage n'est plus alimenté, de sorte que l'élément supraconducteur 18 transite de l'état normal à l'état supraconducteur, après un temps

t DS (figure 7).

Dans le cas o l'élément de chauffage est constitué par la résistance électrique 53 illustrée aux figures 2 et 3, le retour de l'élément 18 à l'état de supraconduction s'effectue par simple échange thermique entre lui-même et le milieu thermostaté 54 via le gaz 56 contenu dans

l'enceinte 50.

Dans le cas de l'emploi du module à effet Peltier 58

(figure 4), l'élément 18 revient à l'état de supraconduc-

tion par refroidissement de la face chaude 58 b du module

58 obtenu par inversion du courant dans ledit module pen-

dant un temps déterminé.

Lors du retour à l'état supraconducteur de l'élément 18, le courant I dans la ligne électrique 16 augmente pour

atteindre sa valeur d'emploi IE.

Sur un ordre d'ouverture donné par le bouton 32, les contacts 29-30 se ferment et délivrent une impulsion de courant dite d'ouverture Io (figure 5) qui est transmise

à l'élément de chauffage 23 et à la bobine bistable 35.

La transition commandée de l'élément supraconducteur 18

de l'état supraconducteur à l'état normal par augmenta-

14 -

tion de sa température au-dessus de sa température cri-

tique par passage de l'impulsion de courant Io dans l'élément de chauffage s'effectue d'une manière similaire à celle décrite précédemment, selon que l'élément de chauffage est une résistance électrique ou un module à

effet Peltier.

Suite à cette transition de l'élément supraconducteur, la résistance de ce dernier prend la valeur RLC, ce qui

limite le courant d'emploi IE jusqu'à la valeur du cou-

rant de fuite ILC.

La bobine de type bistable 35 recevant l'impulsion de courant Io, elle est alors désexcitée, ce qui provoque l'actionnement simultané des contacts de puissance 19-20 et des contacts 39-40 dans le sens de l'ouverture, via le mécanisme de commande 37, avec un temps de basculement t' (figure 9) supérieur au temps de transition t RS de l'élément supraconducteur 18 Dès lors, les contacts de puissance 19-20 s'ouvrent (voir figure 9) sur le courant de fuite ILC (figure 8), les contacts 39-40 s'ouvrant

simultanément sur un courant inférieur.

En fin d'impulsion de courant Io, les contacts 29-30 s'ouvrent et le retour à l'état supraconducteur, après le temps t DS (figure 7), de l'élément 18 s'effectue d'une manière analogue à celle décrite précédemment, selon que l'on utilise une résistance électrique ou un module à

effet Peltier.

Lors de l'apparition d'un courant de défaut dans la ligne

électrique 16, celui-ci traversant l'élément supraconduc-

teur 18 et ayant une intensité au moins égale à

l'intensité du courant critique de l'élément 18, ce der-

nier transite alors intrinsèquement de l'état supracon-

ducteur à l'état normal et se comporte comme un limiteur

passif de courant avec une valeur de courant de limita-

tion intrinsèque ILI (figure 10), égale à 100 A dans - l'exemple choisi précédemment; il introduit alors dans la ligne électrique une résistance, notée -RLI sur la

figure 11.

En présence de ce courant de défaut, la quasi-totalité de la tension d'alimentation Ut apparaît aux bornes de l'élément 18, de sorte que, les contacts 39-40 étant en position fermée, la bobine 42 en parallèle sur l'élément 18 se trouve également alimentée; dans ces conditions,

la bobine 42 provoque la fermeture des contacts tempori-

sés 46-47 via le mécanisme de commande 44 Les contacts

46-47 en position fermée délivrent une impulsion de cou-

rant de défaut Id (figure 12), de durée t" supérieure à t RS, qui est transmise à la fois à l'élément de chauffage

23 et à la bobine bistable 35.

L'élément de chauffage (résistance électrique 53, figures 2 et 3, oumodule à effet Peltier 58, figure 4) alimenté par cette impulsion de courant Id (figure 13), échauffe l'élément 18 dont la résistance RLI augmente pour atteindre, après le temps t RS, la valeur RLC (figure 11),

de sorte que la valeur du courant de limitation intrin-

sèque ILI chute jusqu'à la valeur du courant de fuite ILC

(figure 10), égale à 0,1 A dans l'exemple choisi précé-

demment.

La bobine de type bistable 35 recevant l'impulsion de courant de défaut Id est de nouveau désexcitée et change

d'état après la durée t" de ladite impulsion, ce qui pro-

voque l'ouverture automatique (voir figure 14) à la fois des contacts de puissance 19-20 et des contacts 39-40, via le mécanisme de commande 37, sur le courant de fuite

ILC (figure 10).

Après ouverture automatique des contacts 19-20 et 39-40, la bobine 42 n'est plus alimentée, de sorte qu'en fin 16 -

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d'impulsion de courant Id, les contacts 46-47 s'ouvrent et le retour à l'état supraconducteur de l'élément 18

s'effectue d'une manière similaire à celle décrite précé-

demment, selon que l'on utilise une résistance électrique ou un module à effet Peltier. - La 2661775

Claims

Revendications

1 Contacteur-disjoncteur, caractérisé en ce qu'il comporte: au moins un chemin polaire ( 17) comprenant une paire de contacts coopérants dits de puissance ( 19-20) en série avec un élément supraconducteur ( 18) placé dans une enceinte étanche ( 50) remplie d'un gaz, ladite enceinte ( 50) étant immergée dans un milieu thermostaté ( 54) à une température inférieure à la température critique de l'élément supraconducteur ( 18); des moyens de commande électrique ( 29-30) assujettis à un organe de commande manuelle ( 32) et adaptés pour délivrer un signal logique de commande comportant des ordres de fermeture (If) et d'ouverture (IO); un élément de chauffage ( 53; 58) placé dans l'enceinte étanche ( 50) en étant électriquement isolé de l'élément supraconducteur ( 18), recevant le signal logique de commande et transmettant de la chaleur à l'élément supraconducteur tant sur un ordre de fermeture que sur un ordre d'ouverture pour porter la température de

celui-ci au-dessus de sa température critique provo-

quant la transition de l'élément supraconducteur ( 18)

de l'état supraconducteur à l'état normal, ledit élé-

ment supraconducteur ( 18) étant structuré de manière à

présenter une résistance élevée après cette transi-

tion; un dispositif bistable de commande électromagnétique ( 35, 37) recevant le signal logique de commande et actionnant les contacts de puissance ( 19-20) dans le

sens de leur fermeture en réponse à un ordre de ferme-

ture ou dans le sens de leur ouverture en réponse à un

ordre d'ouverture, avec un temps de réaction (t') supé-

rieur à celui (t RS) provoquant la transition de

l'élément supraconducteur ( 18) de l'état supraconduc-

teur à l'état normal suite à cet ordre de fermeture ou d'ouverture;

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des moyens ( 42) de détection automatique d'un courant

de défaut connectés en parallèle sur l'élément supra-

conducteur ( 18), lequel élément ( 18) étant adapté pour transiter intrinsèquement de l'état supraconducteur à l'état normal en présence du courant de défaut le par- courant; des moyens temporisés de commande électrique ( 46-47) assujettis aux moyens de détection ( 42) et adaptés pour délivrer, après une temporisation de durée au moins égale à celle de l'ordre de fermeture, une impulsion de courant de défaut (Id) qui est transmise, d'une part, à l'élément de chauffage ( 53; 58) transmettant de la chaleur à l'élément supraconducteur ( 18) commuté intrinsèquement à l'état normal de manière à accroître

la résistance de ce dernier et, d'autre part, au dispo-

sitif bistable de commande électromagnétique ( 35,37) actionnant en fin d'impulsion les contacts de puissance

( 19-20) dans le sens de leur ouverture.

2 Contacteur-disjoncteur selon la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que les moyens de commande électrique délivrant le signal logique de commande sont constitués par une première paire de contacts coopérants ( 29-30) sollicités par un mécanisme de commande ( 33) relié à

l'organe de commande manuelle ( 32).

3 Contacteur-disjoncteur selon la revendica-

tion 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif bistable de commande électromagnétique comprend une bobine bistable d'excitation ( 35) appartenant à un électro-aimant, lequel

présente un circuit magnétique mobile associé à un méca-

nisme de commande ( 37) actionnant les contacts de puis-

sance ( 19-20) dans le sens de leur fermeture ou de leur

ouverture lors de l'excitation de la bobine ( 35).

- 4.-Contacteur-disjoncteur selon l'une des

revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que les moyens de détection automatique d'un courant de défaut comprennent une bobine d'excitation ( 42) montée électriquement en parallèle sur

l'élément supraconducteur ( 18) et appartenant à un élec-

tro-aimant, lequel présente un circuit magnétique mobile,

et que les moyens temporisés de commande électrique déli-

vrant l'impulsion de détection de défaut (Id) sont constitués par une deuxième paire de contacts coopérants temporisés ( 46-47) et sollicités dans le sens de leur fermeture, lors de l'excitation de la bobine ( 42), par un mécanisme de commande ( 44) associé au circuit magnétique mobile. Contacteur-disjoncteur selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'une troisième paire de contacts coopérants ( 39-40) est placée en série avec la bobine d'excitation ( 42) et est actionnée simultanément avec la paire de contacts de puissance ( 19-20) par le dispositif

bistable de commande électromagnétique ( 35, 37).

à