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EP1134767B1 - Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif Download PDF

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Publication number
EP1134767B1
EP1134767B1 EP20010410015 EP01410015A EP1134767B1 EP 1134767 B1 EP1134767 B1 EP 1134767B1 EP 20010410015 EP20010410015 EP 20010410015 EP 01410015 A EP01410015 A EP 01410015A EP 1134767 B1 EP1134767 B1 EP 1134767B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
coil
rod
circuit breaker
horn
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP20010410015
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1134767A1 (fr
Inventor
Jacques Bally Berard
Yannick Gustin
Eric Panaye
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.)
Schneider Electric Industries SAS
Original Assignee
Schneider Electric Industries SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Schneider Electric Industries SAS filed Critical Schneider Electric Industries SAS
Publication of EP1134767A1 publication Critical patent/EP1134767A1/fr
Application granted granted Critical
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2454—Electromagnetic mechanisms characterised by the magnetic circuit or active magnetic elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H71/12—Automatic release mechanisms with or without manual release
    • H01H71/24—Electromagnetic mechanisms
    • H01H71/2463—Electromagnetic mechanisms with plunger type armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H73/00—Protective overload circuit-breaking switches in which excess current opens the contacts by automatic release of mechanical energy stored by previous operation of a hand reset mechanism
    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc
    • 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
    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic tripping device in particular for a circuit breaker and an electrical protection device comprising such a device.
  • the document EP 0 444 283 describes a device according to the preamble of claim 1.
  • Low-voltage circuit breakers generally comprise, in a manner known per se, magnetic tripping means capable of causing tripping of the circuit-breaker mechanism during a sudden rise in current, for example due to a short-circuit, and thermal tripping means. capable of causing tripping of the circuit breaker mechanism in the event of an overload resulting in a slow rise in current.
  • magnetic triggering means comprise an induction coil mounted around a striker rod associated with a movable core, the assembly being slidably mounted inside a sleeve, the rod sliding inside a fixed core fixed inside the sheath. The rod is supported by one of its ends on the movable core.
  • a spring mounted around the rod is interposed between the two cores and is able to return the two cores in a separate position, in the rest position of the trigger.
  • This device further comprises a carcass mounted around the assembly constituted by the cores and the firing pin, and electrically connected to the fixed contact of the apparatus, said carcass being able to channel the magnetic field generated by the coil.
  • a magnetic field is generated by the coil.
  • the movable core moves towards the fixed core against the force of the spring and causes in its movement the rod, which causes the unlocking, by the striker formed to the end of the rod, the circuit breaker mechanism and the opening of the contacts.
  • the present invention solves these disadvantages and proposes a magnetic tripping device of simple design, reduced size, and whose operation has been made more reliable, and an electrical protection device such as a circuit breaker comprising such a device.
  • the present invention relates to a magnetic tripping device, in particular for an electrical protection device such as a circuit breaker, able to cause a triggering of the opening mechanism of the fixed and movable contacts of the device during a sudden rise in current following for example a short circuit, comprising exclusively a core said mobile core associated with a rod, the assembly being slidably mounted inside a sheath, a coil traversed by the current to monitor and able to generate, when this current exceeds a certain threshold, a magnetic field capable of causing the displacement of the movable core and the rod between a rest position and a position in which a striker end of the rod controls the triggering of the aforementioned mechanism, a means for channeling the magnetic field generated by the coil and an arc horn electrically connected to one of the contacts and adapted to guide r the arc during the cut in the direction of the arc extinguishing chamber, this device being characterized in that the means for channeling the magnetic field is constituted by the aforementioned arc horn
  • the aforementioned rod is integral with the movable core.
  • the present invention further relates to an electrical protection device, including a circuit breaker, having the previous characteristics taken alone or in combination.
  • a low voltage electrical circuit breaker D intended to be used to protect an electrical circuit against overloads or short circuits.
  • This circuit breaker D comprises mainly, in a manner known per se, a pair of detachable contacts 1.2 respectively fixed and movable, a control mechanism 3 for opening and closing the contacts actuated by a lever 4, an electromagnetic trigger 5 for triggering the mechanism 3 of the circuit breaker D and thus causing the opening of the contacts 1.2 when a short-circuit current occurs, and a thermal trigger 6 (not shown) able to trigger the mechanism 3 when the appearance of a current overload.
  • This device 5 comprises a so-called fixed core 6 fixed in a sheath 7, a mobile core 8 slidably mounted inside said sleeve 7, a rod 9 slidably mounted inside the fixed core 6 parallel to the sliding direction of the movable core 8, a spring 10 interposed between the two cores 6,8 and a induction coil 11 mounted around the sleeve 7.
  • This device further comprises a carcass 12 mounted around the sleeve 7 so as to channel the magnetic flux generated by the coil 11, and an arc horn 13 electrically connected to the fixed contact 1 of the circuit breaker and to guide the arc towards the extinction chamber C during the cut.
  • the aforementioned rod 9 comprises a first end 9a bearing on the movable core 8 and a second end 9b forming a striker.
  • the coil 11 When the current is above a certain threshold, the coil 11 generates a magnetic field capable of counteracting the force of the spring 10 and moving the movable core 8 towards the fixed core 6.
  • This mobile core 8 drives into its movement the firing pin, which acts on the trigger bar 14 of the device and causes the unlocking mechanism 3.
  • the flow generated by the coil 11 passes through the carcass 12 (as illustrated by the arrows), and is channeled by said carcass 12 so as to obtain a maximum yield of the magnetic field.
  • the arc current passes through the arc horn 13 and goes to the arc extinction chamber C.
  • the breaking capacity associated with such a device is about 20kA.
  • the magnetic tripping device 5 does not have a carcass for channeling the magnetic field. This function is performed by the arc horn 13 itself secured to the fixed contact which, when the coil 11 generates a magnetic field, is crossed by the corresponding magnetic flux and thus channels this flow.
  • the device no longer has a fixed core, whereby the magnetic threshold is independent of the gap between fixed core and mobile core contrary to what was the case in the prior art.
  • the expression "exclusively a mobile core” should be interpreted as meaning that the device does not have a fixed kernel.
  • the spring 10 is interposed between a portion of the sheath 7 and the movable core 8.
  • the rod 9 is integral with the movable core 8.
  • the arc horn is continuous and extends parallel to the axis of the coil over a certain length, which allows the arc to perform only one switching.
  • the operation of the device is the same as that of the device of the prior art and will therefore not be described again, except for one hand, that the mobile core 8 is no longer attracted by the fixed core 6, l the magnetic force generated by the coil 11 being sufficient to move the movable contact 8.
  • the breaking capacity is limited to 10 kA.
  • a magnetic release device of simple design which is economical and has a reduced overall size, has been realized in view of a smaller number of used parts. It also results from this reduction in the number of parts, a reduction in the number of positioning constraints making the operation of the device more reliable.
  • the magnetic threshold being independent of the air gap, it is no longer to be precisely adjusted.
  • the length of the movable core can be reduced in view of the fact that it no longer cooperates with the carcass.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de déclenchement magnétique notamment pour un disjoncteur et un appareil de protection électrique comportant un tel dispositif.
  • Le document EP 0 444 283 décrit un dispositif selon le préambule de la revendication 1.
  • Les disjoncteurs basse tension comprennent généralement, de manière connue en soi, des moyens de déclenchement magnétiques apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, et des moyens de déclenchement thermiques apte à entraîner un déclenchement du mécanisme du disjoncteur en cas de surcharge entraînant une élévation lente du courant. Selon une réalisation connue décrite dans les documents de brevet FR 2 630 582 et FR 2 368 139 , ces moyens de déclenchement magnétiques comprennent une bobine à induction montée autour d'une tige formant percuteur associée à un noyau mobile, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, la tige coulissant à l'intérieur d'un noyau fixe fixé à l'intérieur du fourreau. La tige est en appui, par l'une de ses extrémités, sur le noyau mobile. Un ressort monté autour de la tige, est interposé entre les deux noyaux et est apte à rappeler les deux noyaux dans une position séparée, en position de repos du déclencheur. Ce dispositif comporte en outre une carcasse montée autour de l'ensemble constitué par les noyaux et le percuteur, et reliée électriquement au contact fixe de l'appareil, ladite carcasse étant apte à canaliser le champs magnétique généré par la bobine. En fonctionnement, lors d'une élévation brusque du courant, un champs magnétique est généré par la bobine. Lorsque la valeur du courant dépasse un seuil prédéterminé, le noyau mobile se déplace en direction du noyau fixe à l'encontre de la force du ressort et entraîne dans son mouvement la tige, ce qui provoque le déverrouillage, par le percuteur formé à l'extrémité de la tige, du mécanisme du disjoncteur et l'ouverture des contacts.
  • Or, ce type de déclencheur magnétique est particulièrement encombrant, compte tenu d'une part, de la présence de la carcasse et, d'autre part, du nombre important de pièces mises en oeuvre. Il résulte de ce nombre important de pièces que le nombre de contraintes de positionnement est relativement élevé. Notamment, le seuil magnétique est dépendant de la valeur de l'entrefer entre les deux noyaux fixe et mobile et la valeur de cet entrefer doit donc être réglée précisément.
  • La présente invention résout ces inconvénients et propose un dispositif de déclenchement magnétique de conception simple, d'encombrement réduit, et dont le fonctionnement a été rendu plus fiable, ainsi qu'un appareil de protection électrique tel un disjoncteur comportant un tel dispositif.
  • La présente invention a pour objet un dispositif de déclenchement magnétique, en particulier pour un appareil de protection électrique tel un disjoncteur, apte à entraîner un déclenchement du mécanisme d'ouverture des contacts fixe et mobile de l'appareil lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, comprenant exclusivement un noyau dit noyau mobile associé à une tige, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, une bobine traversée par le courant à surveiller et apte à générer, lorsque ce courant dépasse un certain seuil, un champs magnétique susceptible d'engendrer le déplacement du noyau mobile et de la tige entre une position de repos et une position dans laquelle une extrémité formant percuteur de la tige commande le déclenchement du mécanisme précité, un moyen pour canaliser le champ magnétique généré par la bobine et une corne d'arc reliée électriquement à l'un des contacts et apte à guider l'arc pendant la coupure en direction de la chambre d'extinction d'arc, ce dispositif étant caractérisé en ce que le moyen pour canaliser le champs magnétique est constitué par la corne d'arc précitée, ladite corne étant agencée de manière que le flux magnétique généré par la bobine partant du noyau mobile traverse successivement le contact fixe de l'appareil et la corne d'arc avant de rejoindre le noyau mobile.
  • Selon une autre caractéristique, la tige précitée est solidaire du noyau mobile.
  • La présente invention a encore pour objet un appareil de protection électrique, notamment un disjoncteur, comportant les caractéristiques précédentes prises seules ou en combinaison.
  • Mais 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'exemples et dans lesquels :
    • Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques illustrant respectivement un dispositif de déclenchement magnétique selon l'art antérieur et un dispositif de déclenchement magnétique selon l'invention,
    • La figure 3 est une vue partielle en perspective, illustrant la partie intérieure d'un disjoncteur équipé d'un dispositif de déclenchement magnétique selon l'invention,
    • La figure 4 est une vue en plan de la figure précédente,et
    • La figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la figure précédente.
  • Sur les figures 3 à 5, on voit un disjoncteur électrique basse tension D destiné à être utilisé afin de protéger un circuit électrique contre les surcharges ou court-circuits. Ce disjoncteur D comprend principalement, de manière connue en soi, une paire de contacts séparables 1,2 respectivement fixe et mobile, un mécanisme de commande 3 d'ouverture et de fermeture des contacts actionné par une manette 4, un déclencheur électromagnétique 5 destiné à déclencher le mécanisme 3 du disjoncteur D et ainsi provoquer l'ouverture des contacts 1,2 lors de l'apparition d'un courant de court-circuit, et un déclencheur thermique 6 (non représenté) apte à déclencher le mécanisme 3 lors de l'apparition d'une surcharge de courant.
  • Sur la figure 1, on voit un dispositif de déclenchement magnétique 5, ou déclencheur, selon l'art antérieur. Ce dispositif 5 comprend un noyau dit fixe 6, fixé dans un fourreau 7, un noyau mobile 8 monté coulissant à l'intérieur dudit fourreau 7, une tige 9 montée coulissante à l'intérieur du noyau fixe 6 parallèlement à la direction de coulissement du noyau mobile 8, un ressort 10 interposé entre les deux noyaux 6,8 et une bobine à induction 11 montée autour du fourreau 7. Ce dispositif comporte en outre une carcasse 12 montée autour du fourreau 7 de manière à canaliser le flux magnétique généré par la bobine 11, ainsi qu'une corne d'arc 13 reliée électriquement au contact fixe 1 du disjoncteur et permettant de guider l'arc en direction de la chambre d'extinction C pendant la coupure. La tige précitée 9 comprend une première extrémité 9a en appui sur le noyau mobile 8 et une seconde extrémité 9b formant percuteur. En fonctionnement, lorsque le courant est supérieur à un certain seuil, la bobine 11 génère un champ magnétique susceptible de contrecarrer la force du ressort 10 et à déplacer le noyau mobile 8 en direction du noyau fixe 6. Ce noyau mobile 8 entraîne alors dans son mouvement la tige formant percuteur, laquelle agit sur la barre de déclenchement 14 de l'appareil et provoque le déverrouillage du mécanisme 3. Le flux généré par la bobine 11 traverse la carcasse 12 (tel qu'illustré par les flèches), et est canalisé par ladite carcasse 12 de manière à obtenir un rendement maximum du champ magnétique. Pendant la coupure, le courant d'arc passe par la corne d'arc 13 et se dirige vers la chambre d'extinction d'arc C. Le pouvoir de coupure associé à un tel dispositif est d'environ 20kA.
    A la différence du dispositif de l'art antérieur, le dispositif de déclenchement magnétique 5 selon l'invention, tel qu'illustré sur les figures 2 à 5, ne comporte pas de carcasse pour canaliser le champ magnétique. Cette fonction est réalisée par la corne d'arc 13 elle-même solidaire du contact fixe laquelle, lorsque la bobine 11 génère un champ magnétique, est traversée par le flux magnétique correspondant et canalise donc ce flux. Selon la réalisation décrite sur les figures 2 à 5, le dispositif ne comporte plus de noyau fixe, d'où il résulte que le seuil magnétique est indépendant de l'entrefer entre noyau fixe et noyau mobile contrairement à ce qui était le cas dans l'art antérieur. Ainsi, l'expression « exclusivement un noyau mobile » doit être interprétée comme signifiant que le dispositif ne comporte pas de noyau fixe. Dans cette réalisation, le ressort 10 est interposé entre une partie du fourreau 7 et le noyau mobile 8. La tige 9 est solidaire du noyau mobile 8.
  • On voit sur les figures que la corne d'arc est continue et s'étend parallèlement à l'axe de la bobine sur une certaine longueur, ce qui permet à l'arc de n'effectuer qu'une seule commutation.
    Le fonctionnement du dispositif est le même que celui du dispositif de l'art antérieur et ne sera donc pas décrit de nouveau, à ceci près d'une part, que le noyau mobile 8 n'est plus attiré par le noyau fixe 6, l'effort magnétique généré par la bobine 11 étant suffisant pour déplacer le contact mobile 8. Le pouvoir de coupure est limité à 10 kA.
  • On a donc réalisé grâce à l'invention un dispositif de déclenchement magnétique de conception simple, économique et d'encombrement réduit compte tenu d'un nombre de pièces utilisées plus réduit. Il résulte également de cette réduction du nombre de pièces, une réduction du nombre de contraintes de positionnement rendant le fonctionnement du dispositif plus fiable. En particulier, le seuil magnétique étant indépendant de l'entrefer, ce dernier n'est plus à régler précisément. Egalement, la longueur du noyau mobile peut être réduite compte tenu du fait que celui-ci ne coopère plus avec la carcasse.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple.

Claims (4)

  1. Dispositif de déclenchement magnétique, en particulier pour un appareil de protection électrique tel un disjoncteur, apte à entraîner un déclenchement du mécanisme d'ouverture des contacts fixe et mobile de l'appareil lors d'une élévation brusque du courant suite par exemple à un court-circuit, comprenant exclusivement un noyau dit noyau mobile associé à une tige, l'ensemble étant monté coulissant à l'intérieur d'un fourreau, une bobine traversée par le courant à surveiller et apte à générer, lorsque ce courant dépasse un certain seuil, un champs magnétique susceptible d'engendrer le déplacement du noyau mobile et de la tige entre une position de repos et une position dans laquelle une extrémité formant percuteur de la tige commande le déclenchement du mécanisme précité, un moyen pour canaliser le champ magnétique généré par la bobine et une corne d'arc reliée électriquement à l'un des contacts et apte à guider l'arc pendant la coupure en direction de la chambre d'extinction d'arc,
    caractérisé en ce que le moyen pour canaliser le champs magnétique est constitué par la corne d'arc (13) précitée, ladite corne (13) étant reliée électriquement au contact d'arc fixe et comprenant une corne d'arc continue s'étendant parallèlement à l'axe de la bobine, ladite corne étant agencée de manière que le flux magnétique généré par la bobine (11) partant du noyau mobile (8) traverse successivement le contact fixe (1) de l'appareil et la corne d'arc (13) avant de rejoindre le noyau mobile (8).
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige précitée (9) est solidaire du noyau mobile (8).
  3. Appareil de protection électrique comportant un dispositif de déclenchement magnétique selon la revendication 1 ou 2.
  4. Disjoncteur comportant un dispositif de déclenchement magnétique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
EP20010410015 2000-03-14 2001-02-12 Dispositif de déclenchement magnétique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection électrique comportant un tel dispositif Expired - Lifetime EP1134767B1 (fr)

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FR0003213A FR2806522B1 (fr) 2000-03-14 2000-03-14 Dispositif de declenchement magnetique notamment pour disjoncteur, et appareil de protection electrique comportant un tel dispositif

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EP1134767A1 EP1134767A1 (fr) 2001-09-19
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BR (1) BRPI0100953B1 (fr)
EA (1) EA003756B1 (fr)
ES (1) ES2321582T3 (fr)
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PT (1) PT1134767E (fr)
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ES2321582T3 (es) 2009-06-09
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