EP1205958A1 - Disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure - Google Patents

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EP1205958A1
EP1205958A1 EP01440327A EP01440327A EP1205958A1 EP 1205958 A1 EP1205958 A1 EP 1205958A1 EP 01440327 A EP01440327 A EP 01440327A EP 01440327 A EP01440327 A EP 01440327A EP 1205958 A1 EP1205958 A1 EP 1205958A1
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EP
European Patent Office
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circuit breaker
locks
breaker according
common
breaking
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Withdrawn
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EP01440327A
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German (de)
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Inventor
Christophe Duvernelle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hager Electro SAS
Original Assignee
Hager Electro SAS
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    • 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
    • H01H71/1045—Multiple circuits-breaker, e.g. for the purpose of dividing current or potential drop
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2409—Electromagnetic mechanisms combined with an electromagnetic current limiting mechanism
    • 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
    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to the field of apparatus electrical safety devices fitted to the control and protection means high powers and relates to a high magnetic circuit breaker breaking capacity.
  • Control for example, of high power motors generally requires a control and protection circuit comprising a contactor protected by a magnetic circuit breaker and by a circuit breaker thermal, the magnetic circuit breaker being mounted upstream of the contactor and of the thermal circuit breaker.
  • the magnetic circuit breakers used in this generally come in the form of specific circuit breakers largely oversized, using contact parts and important magnetic circuits.
  • the sizing of parts and magnetic circuits is suitable for withstand significant short circuits.
  • the actuators magnetic implemented are not very efficient.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by offering a magnetic circuit breaker with high breaking capacity, low size and quick release.
  • the high power magnetic circuit breaker break is characterized in that it is essentially constituted by the combination of at least two electromagnetic switchgear assemblies mounted in series in the same housing, each comprising a cut and connected to a manual arming and triggering means common and common or independent trigger.
  • FIGS. 1 to 5 of the accompanying drawings show a magnetic circuit breaker with high breaking capacity, which is essentially consisting of the combination of at least two electromagnetic assemblies cut-off 1 mounted in series in the same housing 2, each comprising a switching chamber 6 and connected to a means 3 common manual trigger and trigger common or independent.
  • the two sets electromagnetic cut-off 1, each comprising a coil 9 with a movable core 9 ', are mounted in the housing 2 according to an arrangement symmetrical in opposition, in which their lock 4, which are provided each of a movable contact 7 cooperating with a fixed contact 8, are at close to each other, are electrically connected by a 4 'braid and cooperate with a common arc sheet 5 having a configuration symmetrical with respect to the median axis of the housing 2, while their chamber cutoff 6 are arranged at maximum mutual spacing.
  • Such a arrangement of the electromagnetic cut-off assemblies 1 and their breaking chamber 6 allows automatic arc division during a cut.
  • the case 2 is advantageously a modular case comprising a 2 'input / output terminal and a 2 "output / input terminal, as well as a 2 "'device for mounting on a modular fixing rail.
  • conformation of the housing 2 allows a simple and quick adaptation on a mounting element for the control assembly to be fitted.
  • the interrupting chambers 6 are advantageously chambers with deionization plates, in which the arc voltage in said deionization plates is greater than the network voltage.
  • the magnetic field When the magnetic field is normal in terms of the product, it has an action on the speed of propagation of the arc and on the speed of displacement of moving conductors due to electromagnetic forces.
  • the arcs due to the breaking will have a favorable effect on the continued opening of the locks 4, following the removal of their movable contact 7 from the fixed contact 8 corresponding.
  • the circuit breaker according to the invention implements a limitation type quick cut technique, in which the cores 9 'of the coils 9 of each set 1 make a percussion of the locks 4 causing the mobile contacts 7 to tear off from the fixed contacts 8, the electric arc consecutive to this tearing propagating towards the breaking chamber 6 and being brought into the deionization sheets of this last at an arc voltage value higher than that of the network, so that said arc is very quickly extinguished. So the electrodynamic effects short circuit are exploited to achieve rapid arc extinction electric.
  • the locks 4 are connected by a braid 4 'extending in direction of the arc sheet 5.
  • said braid 4 ' is placed between the locks 4 in a loop extending in the direction opposite to the arc sheet between said locks 4.
  • the braid 4 ′ is subjected, during a short circuit, to a magnetic traction, which has the effect of helping to open the locks 4 and therefore the lifting of the movable contacts 7.
  • the exhaust is configurable to optimize the ratio volume / pressure between the risks of the casing bursting compared to priming on the rail.
  • the common manual arming and tripping means 3 and common or independent trigger is constituted by a lever 10 connected to the locks 4 of the electromagnetic cut-off assemblies 1 by through rods 11 and 12 and two barrels 13 for reversing movement.
  • a lever 10 connected to the locks 4 of the electromagnetic cut-off assemblies 1 by through rods 11 and 12 and two barrels 13 for reversing movement.
  • FIG. 6 of the appended drawings shows, schematically, an alternative embodiment of the invention, in which the movable contacts 7 of the locks 4 cooperate with central fixed contacts 8 and the coils 9 act on said locks 4, by means of their cores 9 ′ in a tear-off movement of the contacts 7.
  • the cores 9 'carry out during a trigger a withdrawal movement towards the inside of the coils 9, movement which results in a training locks 4 and therefore contacts 7, each via a drive end 9 " of the core 9 'of the corresponding coil 9.
  • each lock 4 is directly connected to a coil 9 by a braid, the contact in the service position being provided by the central fixed contacts 8 mounted on an arc sheet.
  • a circuit breaker produced in accordance with this second mode of realization works in an identical way to that described with regard to Figures 1 to 5.
  • the positioning of the fixed contacts 8 centrally allows to set take advantage of the electrodynamic repulsion effect of the contacts to increase the opening speed and thereby reduce the cut-off time.
  • circuit breaker according to the invention allows use optimal standard electro-mechanical products existing in the construction field of modular circuit breakers, so the realization of such magnetic circuit breakers with high breaking capacity can be carried out by implementing manufacturing techniques and assembly known and therefore at a relatively low cost price.
  • this circuit breaker has a manufacturing cost clearly lower than that of existing circuit breakers to date. Indeed, due to the deletion of elements such as connection braids, certain manual operations can be omitted and the manufacture of circuit breakers according to the invention can be automated. This results in a lower manufacturing cost.

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Abstract

La présente invention a pour objet un disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure. Disjoncteur caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par la combinaison d'au moins deux ensembles électro-magnétiques de coupure (1) montés en série dans un même boîtier (2), comportant chacun une chambre de coupure (6) et reliés à un moyen (3) d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant. L'invention est plus particulièrement applicable dans le domaine des appareillages électriques de sécurité équipant les moyens de commande et de protection de fortes puissances. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne le domaine des appareillages électriques de sécurité équipant les moyens de commande et de protection de fortes puissances et a pour objet un disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure.
La commande, par exemple, de moteurs de forte puissance nécessite généralement un circuit de commande et de protection comportant un contacteur protégé par un disjoncteur magnétique et par un disjoncteur thermique, le disjoncteur magnétique étant monté en amont du contacteur et du disjoncteur thermique.
Actuellement, les disjoncteurs magnétiques utilisés dans ce domaine se présentent généralement sous forme de disjoncteurs spécifiques largement surdimensionnés, mettant en oeuvre des pièces de contacts et des circuits magnétiques importants. Dans ces disjoncteurs connus, le dimensionnement des pièces et des circuits magnétiques est adapté pour supporter des courts-circuits importants. En fait, les actionneurs magnétiques mis en oeuvre sont peu performants.
Ces disjoncteurs magnétiques connus réalisent une coupure lors du passage au point zéro de l'alternance, c'est-à-dire lorsque l'arc électrique est le plus facile à couper, mais sont, de ce fait, sollicités par une intensité très élevée, ce qui explique la nécessité d'une construction lourde.
Pour obvier à cet inconvénient, il a été proposé de réaliser un montage en série de plusieurs disjoncteurs magnétiques, à savoir généralement deux disjoncteurs, présentant une vitesse de coupure plus rapide et mettant en oeuvre des éléments électro-mécaniques de dimensions moins importantes.
Toutefois, si une telle solution permet une coupure plus rapide, il subsiste néanmoins l'inconvénient d'un montage plus complexe et d'un encombrement plus important.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure, de faible encombrement et à déclenchement rapide.
A cet effet, le disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure est caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par la combinaison d'au moins deux ensembles électro-magnétiques de coupure montés en série dans un même boítier, comportant chacun une chambre de coupure et reliés à un moyen d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue en perspective d'un disjoncteur conforme à l'invention ;
  • les figures 2 à 5 sont des vues analogues à celles de la figure 1 représentant la progression de l'arc lors d'une coupure, et
  • la figure 6 est une vue schématique en élévation latérale et en coupe d'une variante de réalisation de l'invention.
    • Les figures 1 à 5 des dessins annexés représentent un disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure, qui est essentiellement constitué par la combinaison d'au moins deux ensembles électro-magnétiques de coupure 1 montés en série dans un même boítier 2, comportant chacun une chambre de coupure 6 et reliés à un moyen 3 d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant.
    Selon une caractéristique de l'invention, les deux ensembles électro-magnétiques de coupure 1, comportant chacun une bobine 9 avec un noyau mobile 9', sont montés dans le boítier 2 suivant une disposition symétrique en opposition, dans laquelle leur serrure 4, qui sont munies chacune d'un contact mobile 7 coopérant avec un contact fixe 8, sont à proximité l'une de l'autre, sont reliées électriquement par une tresse 4' et coopèrent avec une tôle d'arc commune 5 présentant une configuration symétrique par rapport à l'axe médian du boítier 2, tandis que leur chambre de coupure 6 sont disposées à un espacement mutuel maximal. Une telle disposition des ensembles électro-magnétiques de coupure 1 et de leur chambre de coupure 6 permet une division automatique de l'arc lors d'une coupure.
    Le boítier 2 est avantageusement un boítier modulaire comportant une borne d'entrée/sortie 2' et une borne de sortie/entrée 2", ainsi qu'un dispositif 2"' de montage sur un rail de fixation modulaire. Une telle conformation du boítier 2 permet une adaptation simple et rapide sur un élément de montage de l'ensemble de commande à équiper.
    Les chambres de coupure 6 sont avantageusement des chambres avec tôles de déionisation, dans lesquelles la tension de l'arc dans lesdites tôles de déionisation est supérieure à la tension du réseau.
    La disposition des ensembles 1, et donc de leurs chambres de coupure 6, et de la tôle d'arc commune 5 permet une amélioration significative de l'efficacité de la coupure du fait d'une réduction du temps de coupure par soufflage magnétique mutuel des deux arcs et par accroissement de la tension d'arc, comme il ressort plus particulièrement des figures 2 à 5 des dessins annexés. Chaque partie de conducteur non linéaire se comporte, ainsi, comme une portion de spire générant un champ magnétique lié à l'angle d'enroulement et à l'intensité du courant la parcourant.
    Lorsque le champ magnétique est normal au plan du produit, il a une action sur la vitesse de propagation de l'arc et sur la vitesse de déplacement des conducteurs en mouvement du fait des forces électro-magnétiques. Dans la configuration conforme à l'invention, les arcs dus à la rupture auront un effet favorable sur la poursuite de l'ouverture des serrures 4, suite à l'arrachement de leur contact mobile 7 du contact fixe 8 correspondant.
    Comme il ressort des figures 2 à 5, après l'arrachement des contacts mobiles 7, l'arc électrique A se propage tout d'abord entre le contact mobile 7 et le contact fixe 8 (Fig. 2) puis entre ledit contact fixe 8 et la tôle d'arc 5 disposée en position centrale entre les ensembles électro-magnétiques de coupure 1 (Fig. 3). Lors de l'évolution de l'arc A dans l'espace délimité entre le contact fixe 8 et la tôle d'arc 5. Il se produit un soufflage de l'arc favorisant sa progression rapide vers la chambre de coupure 6 (Fig. 4) dans laquelle l'arc est définitivement éteint (Fig. 5).
    Le disjoncteur conforme à l'invention met en oeuvre une technique de coupure rapide du type à limitation, dans laquelle les noyaux 9' des bobines 9 de chaque ensemble 1 réalisent une percussion des serrures 4 provoquant l'arrachement des contacts mobiles 7 d'avec les contacts fixes 8, l'arc électrique consécutif à cet arrachement se propageant vers la chambre de coupure 6 et étant amené dans les tôles de déionisation de cette dernière à une valeur de tension d'arc supérieure à celle du réseau, de sorte que ledit arc est très rapidement éteint. Ainsi, les effets électrodynamiques du court-circuit sont exploités pour réaliser l'extinction rapide de l'arc électrique.
    Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 5 des dessins annexés, les serrures 4 sont reliées par une tresse 4' s'étendant en direction de la tôle d'arc 5. Pour favoriser une ouverture accélérée des serrures 4, il peut être prévu, selon une autre caractéristique de l'invention, que ladite tresse 4' soit disposée entre les serrures 4 suivant une boucle s'étendant en direction opposée à la tôle d'arc entre lesdites serrures 4. Dans une telle position, la tresse 4' est soumise, lors d'un court-circuit, à une traction magnétique, qui a pour effet de contribuer à l'ouverture des serrures 4 et donc à l'arrachage des contacts mobiles 7.
    La disposition des chambres de coupure 6, résultant du montage des ensembles 1 dans le boítier 2, favorise un échappement par le haut et par le bas du boítier 2, à une distance appréciable du dispositif 2"' de montage sur un rail de fixation modulaire et donc d'un tel rail, de sorte que tout risque d'amorçage sur le rail dû à l'échappement de l'arc électrique est évité. En outre, l'échappement est configurable pour optimiser le rapport volume/pression entre les risques d'éclatement du boítier par rapport à l'amorçage sur le rail. Enfin, compte tenu de l'extinction rapide de l'arc électrique obtenu par les chambres de coupure 6 et du positionnement de ces dernières, l'échappement desdites chambres peut être réalisé suivant des dimensionnements et des géométries de section variables dans une large mesure.
    Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le moyen 3 d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant est constitué par une manette 10 reliée aux serrures 4 des ensembles électro-magnétiques de coupure 1 par l'intermédiaire de tringles 11 et 12 et de deux barillets 13 d'inversion de mouvement. Ainsi, il est possible d'armer et d'ouvrir manuellement, simultanément les deux serrures 4, par un moyen 3 de constitution simple, peu encombrant et d'une grande fiabilité de fonctionnement.
    La figure 6 des dessins annexés représente, schématiquement, une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle les contacts mobiles 7 des serrures 4 coopèrent avec des contacts fixes centraux 8 et les bobines 9 agissent sur lesdites serrures 4, par l'intermédiaire de leurs noyaux 9' dans un mouvement d'arrachage des contacts 7. Ainsi, les noyaux 9' réalisent lors d'un déclenchement, un mouvement de retrait vers l'intérieur des bobines 9, mouvement qui a pour conséquence un entraínement des serrures 4 et donc des contacts 7, chacun par l'intermédiaire d'une extrémité d'entraínement 9" du noyau 9' de la bobine 9 correspondante.
    Dans une telle configuration, chaque serrure 4 est directement reliée à une bobine 9 par une tresse, le contact en position de service étant assuré par les contacts fixes centraux 8 montés sur une tôle d'arc.
    Un disjoncteur réalisé conformément à ce deuxième mode de réalisation fonctionne de manière identique à celui décrit à propos des figures 1 à 5. Toutefois, dans ce deuxième mode de réalisation, le positionnement des contacts fixes 8 de manière centrale permet de mettre à profit l'effet de répulsion électrodynamique des contacts pour augmenter la vitesse d'ouverture et, de ce fait, réduire le temps de coupure.
    L'architecture du disjoncteur conforme à l'invention, dans ces deux modes de réalisation préférentiels représentés, permet une utilisation optimale de produits électro-mécaniques standards existants dans le domaine de la construction de disjoncteurs modulaires, de sorte que la réalisation de tels disjoncteurs magnétiques à haut pouvoir de coupure peut être effectuée par mise en oeuvre de techniques de fabrication et d'assemblage connues et donc à un prix de revient relativement faible.
    Grâce à l'invention, il est ainsi possible de réaliser un disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure, présentant un faible encombrement du fait de la disposition particulière des ensembles électro-mécaniques et du moyen de réarmement et de déclenchement manuel, ainsi que de l'utilisation de produits standards existants déjà optimalisés.
    Dans un tel disjoncteur sont, en outre, obtenues des distances d'isolement importantes entre des pièces à potentiel différent. De telles distances importantes d'isolement sont également obtenues par rapport aux pièces métalliques de l'environnement du disjoncteur tel que tableau électrique, rail de support, etc.
    De plus, ce disjoncteur est d'un coût de fabrication nettement plus faible que celui des disjoncteurs existants à ce jour. En effet, du fait de la suppression notamment d'éléments tels que les tresses de connexion, certaines opérations manuelles peuvent être supprimées et la fabrication de disjoncteurs conformes à l'invention peut être automatisée. Il en résulte un coût de fabrication abaissé.
    Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

    Claims (8)

    1. Disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par la combinaison d'au moins deux ensembles électro-magnétiques de coupure (1) montés en série dans un même boítier (2), comportant chacun une chambre de coupure (6) et reliés à un moyen (3) d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant.
    2. Disjoncteur, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux ensembles électro-magnétiques de coupure (1), comportant chacun une bobine (9) avec un noyau mobile (9'), sont montés dans le boítier (2) suivant une disposition symétrique en opposition, dans laquelle leur serrure (4), qui sont munies chacune d'un contact mobile (7) coopérant avec un contact fixe (8) sont à proximité l'une de l'autre, sont reliées électriquement par une tresse (4') et coopèrent avec une tôle d'arc commune (5) présentant une configuration symétrique par rapport à l'axe médian du boítier (2), tandis que leur chambre de coupure (6) sont disposées à un espacement mutuel maximal.
    3. Disjoncteur, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le boítier (2) est un boítier modulaire comportant une borne d'entrée/sortie (2') et une borne de sortie/entrée (2"), ainsi qu'un dispositif (2"') de montage sur un rail de fixation modulaire.
    4. Disjoncteur, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres de coupure (6) sont des chambres avec tôles de déionisation, dans lesquelles la tension de l'arc dans lesdites tôles de déionisation est supérieure à la tension du réseau.
    5. Disjoncteur, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les serrures (4) sont reliées par une tresse (4') disposée entre les serrures (4) suivant une boucle s'étendant en direction opposée à la tôle d'arc (5) entre lesdites serrures (4).
    6. Disjoncteur, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (3) d'armement et de déclenchement manuel commun et de déclenchement commun ou indépendant est constitué par une manette (10) reliée aux serrures (4) des ensembles électro-magnétiques de coupure (1) par l'intermédiaire de tringles (11 et 12) et de deux barillets (13) d'inversion de mouvement.
    7. Disjoncteur, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les contacts mobiles (7) des serrures (4) coopèrent avec des contacts fixes centraux (8) et les bobines (9) agissent sur lesdites serrures (4), par l'intermédiaire de leurs noyaux (9') dans un mouvement d'arrachage des contacts (7).
    8. Disjoncteur, suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chaque serrure (4) est directement reliée à une bobine (9) par une tresse, le contact en position de service étant assuré par les contacts fixes centraux (8) montés sur une tôle d'arc.
    EP01440327A 2000-10-03 2001-10-02 Disjoncteur magnétique à haut pouvoir de coupure Withdrawn EP1205958A1 (fr)

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