Dispositif de sectionnement d'un circuit électrique et coffret de distribution d'énergie électrique comprenant un tel dispositif de sectionnement

L'invention concerne un système d'alimentation d'au moins un rail électriquement conducteur propre à fournir un courant électrique à un véhicule ferroviaire, comprenant un circuit d'alimentation du rail conducteur, au moins un dispositif de sectionnement du circuit d'alimentation, et un circuit de mise à la masse électrique du rail conducteur lorsque le circuit d'alimentation est sectionné.

Le dispositif de sectionnement d'un circuit électrique comprend :

• un boîtier avec deux bornes principales de sectionnement, et
  
  

  dans le boîtier :

  • un premier organe de sectionnement mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture d'une première liaison électrique entre les deux bornes principales de sectionnement,
  • des moyens de commande automatique sous l'effet d'un signal électrique du premier organe de sectionnement de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture, et
  • un organe de commande manuelle de réarmement du premier organe de sectionnement de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture.

Les dispositifs de sectionnement d'un circuit électrique sont utilisés pour ouvrir ou fermer une liaison de ce circuit électrique, et permettent d'assurer une distance physique minimale entre le premier organe de sectionnement et les bornes de sectionnement correspondantes lorsque le circuit est ouvert. Les dispositifs de sectionnement sont, par exemple, utilisés dans des coffrets de distribution d'énergie électrique pour des véhicules ferroviaires.

On connaît selon la demande de brevet EP 0 479 694 A1 un dispositif de sectionnement du type précité. Le premier organe de sectionnement est un barreau mobile en matière isolante muni de contacts électriques. Les moyens de commande automatiques comprennent une ventouse électromagnétique comportant une plaque métallique solidaire en translation d'un barreau mobile de sectionnement. L'organe de commande manuelle de réarmement est un levier monté mobile en rotation autour d'un axe solidaire du boîtier à l'une de ses extrémités et relié au barreau mobile.

Toutefois, un tel dispositif de sectionnement présente des risques d'électrocution au contact des bornes principales de sectionnement lorsque le circuit est ouvert, c'est-à-dire en position d'ouverture du premier organe de sectionnement. Ces risques sont d'autant plus présents que le réarmement du dispositif de sectionnement est manuel.

L'invention a pour but de proposer un système d'alimentation d'au moins un rail électriquement conducteur, le système d'alimentation comportant un dispositif de sectionnement d'un circuit électrique permettant de réduire les risques d'électrocution au contact des bornes principales de sectionnement en position d'ouverture du premier organe de sectionnement.

A cet effet, l'invention a pour objet un système d'alimentation selon la revendication 1

Suivant d'autres modes de réalisation, le système d'alimentation comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :

• le deuxième organe de sectionnement est accouplé mécaniquement au premier organe de sectionnement ;
• les moyens de commande automatique comprennent une plaque aimantée mobile solidaire du premier organe de sectionnement, une bobine électromagnétique solidaire du boîtier, reliée à deux bornes de commande portées par le boîtier, et destinée à maintenir le premier organe de sectionnement en position de fermeture en l'absence de courant électrique entre les bornes de commande, et un ressort de rappel appliqué entre le premier organe de sectionnement et le boîtier, et destiné à rappeler le premier organe de sectionnement en position d'ouverture en présence entre les bornes de commande d'un courant électrique de libération, générant dans la bobine un champ magnétique de répulsion de la plaque aimantée mobile ;
• l'organe de commande manuelle comprend une tige d'appui sur le premier organe de sectionnement de sa position d'ouverture à sa position de fermeture, la tige d'appui étant accessible depuis l'extérieur du boîtier ;
• la tige d'appui est disposée entre les deux bornes secondaires de sectionnement ;
• le dispositif de sectionnement comprend une borne annexe portée par le boîtier et reliée par une tresse conductrice au deuxième organe de sectionnement ;
• le dispositif de sectionnement comprend un capteur de relecture de la position du premier organe de sectionnement ; et
• le système est destiné à alimenter au moins deux rails électriquement conducteurs, le dispositif de sectionnement est tel que défini ci-dessus, la borne annexe est reliée à la masse électrique, et le circuit de mise à la masse relie chacun des rails conducteurs à une borne secondaire correspondante, de sorte que le sectionnement du circuit d'alimentation, par l'intermédiaire de la commutation du premier organe de sectionnement de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture de la première liaison électrique, entraîne la mise à la masse électrique de chacun des rails conducteurs.

Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

• la figure 1 est une représentation schématique d'un système d'alimentation de deux rails électriquement conducteurs selon l'invention,
• la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de sectionnement connecté dans un coffret de distribution d'énergie électrique selon l'invention, en position de fermeture d'une première liaison électrique, et
• la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, en position d'ouverture de la première liaison électrique.

Sur la figure 1 est représenté un système 1 d'alimentation de deux rails électriquement conducteurs 2A, reliés entre eux par un segment isolant 2B. Les rails électriquement conducteurs 2A sont propres à fournir un courant électrique à un véhicule ferroviaire 3A par l'intermédiaire d'un patin électriquement conducteur 3B. Le système d'alimentation 1 comprend un circuit 4 d'alimentation d'un rail conducteur 2A, et un circuit 5 de mise à une masse électrique 6 de l'autre rail conducteur 2A ou bien des deux rails conducteurs 2A lorsque aucun rail conducteur 2A n'est alimenté par le circuit d'alimentation 4.

Le circuit d'alimentation 4 comporte un premier interrupteur 7 pour chaque rail conducteur 2A, et une source de courant 8. Le circuit de mise à la masse 5 comporte un deuxième interrupteur 9A pour chaque rail conducteur 2A, et un fusible 9B de liaison avec la masse électrique 6. Le circuit d'alimentation 4 et le circuit de mise à la masse 5 comportent des points 9C de connexion commune.

Le système d'alimentation 1 comprend un dispositif 10 de sectionnement du circuit d'alimentation 4.

Le dispositif de sectionnement 10, illustré sur la figure 2, comporte, dans un boîtier 12, un module de connexion 14 et un actionneur 16 propre à commander la commutation du module de connexion 14 d'un premier état à un second état. Le premier état est représenté sur la figure 2, et le second état est représenté sur la figure 3.

Le boîtier 12 comporte une platine de base 17 destinée à être fixée sur un support, non représenté.

Le module de connexion 14 comporte deux bornes principales de sectionnement 18, deux bornes secondaires de sectionnement 20 et une borne annexe 22. Le circuit d'alimentation 4 est propre à relier une des bornes principales de sectionnement 18 aux deux premiers interrupteurs 7 et l'autre borne principale 18 à la source de courant 8. Le circuit de mise à la masse 5 est propre à relier d'une part chaque rail conducteur 2A et chaque deuxième interrupteur 9A à une borne secondaire 20 correspondante, et d'autre part la borne annexe 22 à la masse électrique 6.

Chaque borne 18, 20, 22 est reliée par un câble électrique 23 de liaison avec le circuit 4, 5 correspondant. Les câbles de liaison 23 sont, par exemple, munis à l'une de leur extrémité d'une cosse, non représentée, serrée contre une borne 18, 20, 22 par l'intermédiaire d'une vis 24 et d'un écrou 26.

Dans le boîtier 12, chaque borne principale 18 est solidaire d'un premier contact 28 respectif, et chaque borne secondaire 20 comporte une extrémité formant un deuxième contact 30 respectif.

Les deux bornes principales 18 et les deux premiers contacts 28 sont disposés symétriquement par rapport à un axe de symétrie X-X' perpendiculaire à la platine de base 17. De même, les deux bornes secondaires 20 et les deux deuxièmes contacts 30 sont symétriques par rapport à l'axe X-X'. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, les deuxièmes contacts 30 sont coplanaires.

Un équipage mobile 32 est monté mobile à coulissement suivant l'axe X-X' entre les premier contacts fixes 28 d'une part, et les deuxième contacts fixes 30 d'autre part, sous la commande de l'actionneur 16.

L'équipage mobile 32 comporte un corps isolant 34 portant une première platine conductrice de sectionnement 36 et une deuxième platine conductrice de sectionnement 38. Plus précisément, la première platine 36 est accouplée au corps isolant 34 par un premier ressort de contact 40, et la deuxième platine 38 est accouplée au corps isolant 34 par un second ressort de contact 42. La deuxième platine 38 est connectée électriquement à la borne annexe 22 par l'intermédiaire d'une tresse conductrice 43.

La première platine 36 et la deuxième platine 38 s'étendent sensiblement transversalement à l'axe X-X'. Chaque platine 36, 38 est mobile axialement par rapport au corps isolant 34. Les platines 36, 38 sont mobiles à l'intérieur de fentes rectangulaires s'étendant selon l'axe X-X' et ménagées dans le corps isolant 34.

La première platine 36 est mobile par rapport aux deux bornes principales 18, entre une position de fermeture et une position d'ouverture d'une première liaison électrique entre les deux bornes principales 18. La première platine 36 comporte une âme 44 prolongée en chacune de ses extrémités par un rebord incliné 46. Chaque rebord 46 de la première platine est solidaire d'un troisième contact 48 respectif. Chaque troisième contact 48 est propre, en position de fermeture de la première platine 36, à prendre appui contre un premier contact 28 respectif et ainsi assurer la fermeture de la première liaison électrique entre les deux bornes principales 18, comme représenté sur la figure 2. Chaque troisième contact 48 est destiné, en position d'ouverture de la première platine 36, à être à l'écart du premier contact 28 respectif et ainsi assurer l'ouverture de la première liaison électrique, comme représenté sur la figure 3.

La seconde platine conductrice 38 est mobile par rapport aux deux bornes secondaires 20, entre une position d'ouverture et une position de fermeture d'une deuxième liaison électrique entre les deux bornes secondaires 20. La seconde platine 38 est sensiblement plane, et présente sur une face deux zones formant deux quatrième contacts 50 respectifs. Les quatrièmes contacts sont coplanaires. Chaque quatrième contact 50 est destiné, en position d'ouverture de la seconde platine 38, à être à l'écart d'un deuxième contact 30 respectif et ainsi assurer l'ouverture de la deuxième liaison électrique, comme représenté sur la figure 2. Chaque quatrième contact 50 est propre, en position de fermeture de la seconde platine 38, à prendre appui contre un deuxième contact 30 respectif et ainsi assurer la fermeture de la deuxième liaison électrique, comme représenté sur la figure 3.

Le premier ressort de contact 40 est propre à solliciter élastiquement la première platine 36 en direction des bornes principales 18 pour assurer un contact entre les troisièmes contacts 48 et les premiers contacts 28 respectifs. Le second ressort de contact 42 est propre à solliciter élastiquement la deuxième platine 38 contre les bornes secondaires 20 afin d'assurer un contact entre les quatrièmes contacts 50 et les deuxièmes contacts 30 respectifs.

La position de fermeture de la première platine 36 et la position d'ouverture de la seconde platine 38 correspondent au premier état du module de connexion 14, illustré sur la figure 2. La position d'ouverture de la première platine 36 et la position de fermeture de la seconde platine 38 correspondent au second état du module de connexion 14, illustré sur la figure 3.

A son extrémité tournée vers l'actionneur 16, l'équipage mobile 32 présente une surface transversale de butée 52. Un deuxième ressort élastique 54 est appliqué entre la surface de butée 52 et une surface d'appui 56 d'une enceinte 58 solidaire du boîtier. La surface de butée 52 se prolonge en chacune de ses extrémités par un bras d'appui 60.

A son autre extrémité, l'équipage mobile 32 comporte une tige 62 de commande manuelle de réarmement de la première platine 36 de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture. La tige de commande 62 s'étend sensiblement suivant l'axe X-X' et est mobile axialement à travers une ouverture 64 ménagée dans le boîtier 12. La tige de commande 62 et l'ouverture 64 sont disposées entre les deux bornes secondaires 20.

L'actionneur 16 comporte une bobine électromagnétique 66 maintenue fixe dans l'enceinte 58, et une plaque métallique aimantée 68 montée coulissante suivant l'axe X-X' à l'intérieur de l'enceinte 58. La bobine électromagnétique 66 et la plaque aimantée 68 sont centrées suivant l'axe X-X'.

La bobine 66 est en forme d'un cylindre d'axe X-X', et est propre à exercer une force d'attraction magnétique dirigée selon l'axe X-X'. La bobine 66 est reliée par un circuit de commande à une source de tension adaptée 70 par l'intermédiaire d'un interrupteur 72. Le circuit de commande est relié extérieurement au dispositif de sectionnement 10 par des bornes de commande 74 fixées au boîtier 12.

La plaque aimantée 68 est solidaire d'un arbre 76 relié axialement au corps isolant 34 de l'équipage mobile. Le ressort de rappel 54 est enroulé autour de l'arbre 76. Le ressort de rappel 54 est disposé entre l'équipage mobile 32 et l'enceinte 58 pour solliciter l'équipage mobile 32 à l'écart de l'actionneur 16, c'est-à-dire dans une position dans laquelle la deuxième plaque conductrice 38 est en contact avec les bornes secondaires 20. Plus précisément, le ressort 54 est maintenu comprimé entre l'enceinte 58 et la surface transversale de butée 52.

Le ressort 54 est propre à exercer une force de rappel sur la plaque aimantée 68. La force de rappel est dirigée selon l'axe X-X'. La force de rappel du ressort 54 est d'intensité inférieure à celle de la force d'attraction exercée par l'aimant de la plaque 68 lorsque le module de connexion 14 est dans son premier état, c'est-à-dire lorsque la plaque aimantée 68 est au contact de la bobine électromagnétique 66. La force de rappel du ressort 54 est d'intensité supérieure à celle de la force d'attraction exercée par l'aimant de la plaque 68 lorsque le module de connexion 14 est dans son deuxième état, c'est-à-dire lorsque la plaque aimantée 68 est à une distance prédéterminée de la bobine 66.

Le dispositif 10 comprend un capteur 80 de relecture de la position de la première platine 36. Le capteur 80 comporte une lame de contact 82 mobile entre une position comprimée contre un des deux bras d'appui 60 en position de fermeture de la première platine 36, et une position relâchée en position d'ouverture de la première platine 36. Le capteur 80 est propre à commuter, par l'intermédiaire d'une palette 83, un signal électrique entre deux bornes de sortie 84, le signal étant reçu en une borne d'entrée 86. La commutation de la palette 83 dépend de la position de la lame 82, c'est-à-dire de la position de la première platine 36.

Le fonctionnement du système d'alimentation 1 va être à présent décrit.

Lorsque le patin conducteur 3B du véhicule ferroviaire 3A est en contact avec le rail conducteur 2A gauche de la figure 1, ce rail gauche est alimenté par l'intermédiaire du circuit d'alimentation 4, le premier interrupteur 7 gauche correspondant à ce rail 2A gauche étant fermé. Le deuxième interrupteur 9A gauche correspondant à ce rail gauche est ouvert, afin d'éviter un retour du courant d'alimentation vers la masse électrique 6, comme représenté sur la figure 1. Le dispositif de sectionnement 10 est en position de travail, et le module de connexion 14 est dans son premier état, comme illustré sur les figures 1 et 2. Seul le rail conducteur 2A situé en-dessous du véhicule ferroviaire 3A est alimenté, afin de réduire les risques d'électrocution notamment vis-à-vis des piétons.

L'autre rail conducteur 2A, autrement dit le rail conducteur 2A droit de la figure 1, n'est pas alimenté, le premier interrupteur 7 droit correspondant à cet autre rail 2A étant ouvert. L'autre rail conducteur 2A est mis à la masse électrique 6 par l'intermédiaire du circuit de mise à la masse 5, le deuxième interrupteur 9A droit correspondant à cet autre rail 2A étant fermé, comme représenté sur la figure 1.

Lorsque le patin conducteur 3B du véhicule ferroviaire 3A est en contact avec le rail conducteur 2A droit de la figure 1, ce rail droit est alimenté par l'intermédiaire du circuit d'alimentation 4, le premier interrupteur 7 droit correspondant à ce rail 2A droit étant fermé. Le deuxième interrupteur 9A droit correspondant à ce rail droit est ouvert, afin d'éviter un retour du courant d'alimentation vers la masse électrique 6. Le dispositif de sectionnement 10 est en position de travail, et le module de connexion 14 est dans son premier état, comme illustré sur la figure 2.

L'autre rail conducteur 2A, autrement dit le rail conducteur 2A gauche de la figure 1, n'est pas alimenté, le premier interrupteur 7 gauche correspondant à cet autre rail 2A étant ouvert. L'autre rail conducteur 2A est mis à la masse électrique 6 par l'intermédiaire du circuit de mise à la masse 5, le deuxième interrupteur 9A gauche correspondant à cet autre rail 2A étant fermé.

Lorsque le véhicule ferroviaire 3A s'est éloigné de ces deux rails conducteurs 2A, le patin conducteur 3B n'est plus en contact avec aucun des deux rails conducteurs 2A de la figure 1, et les deux rails conducteurs 2A sont mis à la masse électrique 6 par l'intermédiaire du circuit de mise à la masse 5, les premiers interrupteurs 7 étant ouverts et les deuxièmes interrupteurs 9A correspondant à ces rails conducteurs 2A étant fermés.

En cas de défaut sur le système d'alimentation des deux rails conducteurs, que le véhicule ferroviaire soit éloigné des deux rails ou non, le dispositif de sectionnement 10 est commandé pour sectionner le circuit d'alimentation 4. Le module de connexion 14 passe de son premier état à son deuxième état, comme représenté sur la figure 3. La borne principale 18 reliée au premier interrupteur 7 est alors isolée de la source de courant 8 de par le passage du premier organe de sectionnement 36 de sa position de fermeture à sa position d'ouverture et les deux points de connexions communes 9C sont reliés à la masse électrique 6 de par le passage du deuxième organe de sectionnement 38 à sa position de fermeture.

Le dispositif de sectionnement 10 fonctionne de la manière suivante.

En position de travail et comme illustré sur la figure 2, l'interrupteur 72 est ouvert de sorte que la bobine électromagnétique 66 n'est pas alimentée. Dans ces conditions, l'aimant permanent de la plaque 68 exerce une force d'attraction sur la bobine 66 qui est fixe dans l'enceinte 58. Dans cette position de la plaque aimantée 68, le ressort 54 est comprimé et une mise en contact des troisièmes contacts 48 de la première platine avec les premiers contacts 28 des bornes principales est assurée par l'intermédiaire du premier ressort de contact 40. La deuxième platine 38 est à l'écart des bornes secondaires 20 et reliée à la masse électrique 6 par l'intermédiaire de la tresse conductrice 43 et de la borne annexe 22.

Lorsque l'interrupteur 72 est fermé, comme illustré sur la figure 3, la bobine électromagnétique 66 est alimentée par un courant, ce qui entraîne la formation d'un champ magnétique dans la bobine 66. Le champ magnétique de la bobine 66 s'oppose au champ magnétique de la plaque aimantée 68, de sorte que la plaque aimantée 68 n'est plus attirée et maintenue contre la bobine 66. Dans ces conditions, le ressort de rappel 54 sollicite l'équipage mobile 32 à l'écart de l'actionneur 16. Autrement dit, le module de connexion 14 est entraîné de son premier état à son second état par le ressort de rappel 54, de sorte que la première platine 36 et la seconde platine 38 commutent de position. Le passage de la première platine 36 de sa position de fermeture à sa position d'ouverture entraîne de façon prédéterminée le passage de la seconde platine 38 de sa position d'ouverture à sa position de fermeture. La première platine 36 n'est plus en position de fermeture, lorsque la seconde platine 38 atteint sa position de fermeture. Dans cette position du module de connexion 14, une mise en contact des quatrièmes contacts 50 de la seconde platine avec les deuxièmes contacts 30 des bornes secondaires est assurée par l'intermédiaire du second ressort de contact 42. Les bornes secondaires 20 sont reliées électriquement entre elles par l'intermédiaire de la seconde platine 38, et donc reliées à la masse électrique 6 par l'intermédiaire de la borne annexe 22 et de la tresse conductrice 43. Une des deux bornes principales 18 étant reliée par les circuits 4, 5 à une borne secondaire 20, cette borne principale 18 est reliée à la masse électrique 6 lorsque la deuxième platine 38 est dans sa position de fermeture, c'est-à-dire dans la position d'ouverture de la première platine 36.

Une intervention manuelle sur la tige d'appui 62 est nécessaire afin d'entraîner le module de connexion 14 à nouveau vers son premier état, à partir de son second état. En effet, la seule ouverture de l'interrupteur 72 ne suffit pas à attirer la plaque aimantée 68 contre la bobine 66, puisque la force de rappel du ressort 54 est d'intensité supérieure à celle de la force d'attraction exercée par l'aimant de la plaque 68 lorsque le module de connexion 14 est dans son deuxième état. Plus précisément, une pression sur la tige d'appui 62 entraîne le déplacement du corps isolant 34 de l'équipage mobile selon l'axe X-X' en direction de l'enceinte 58. La pression sur la tige d'appui 62 doit être suffisamment forte pour comprimer le ressort de rappel 54 et le premier ressort de contact 40. Le déplacement de l'équipage mobile 32 vers l'enceinte 58 entraîne une translation de la plaque aimantée 68 au contact de la bobine 66. Il est nécessaire d'ouvrir au préalable l'interrupteur 72, afin de supprimer le courant dans la bobine 66, ce qui entraîne la disparition dans la bobine électromagnétique 66 du champ magnétique de répulsion de l'aimant. Le module de connexion 14 est alors maintenu dans son premier état, via l'attraction de la plaque aimantée 68 contre la bobine 66.

La tige 62 étant disposée selon l'axe X-X' de déplacement des platines mobiles 36, 38, le réarmement manuel en est facilité.

Selon un autre mode de réalisation, le système d'alimentation 1 est destiné à alimenter un seul rail électriquement conducteur 2A propre à fournir un courant électrique au véhicule ferroviaire 3A. Une borne secondaire 20 est reliée à la masse électrique 6, et l'autre borne secondaire 20 est reliée au rail conducteur 2A. Le dispositif de sectionnement 10 ne comporte pas de borne annexe.Le fonctionnement est similaire à celui du mode de réalisation décrit précédemment. Lorsque le patin conducteur 3B du véhicule ferroviaire 3A est en contact avec le rail conducteur 2A, ce rail est alimenté par l'intermédiaire du circuit d'alimentation 4. Le dispositif de sectionnement 10 est en position de travail, et le module de connexion 14 est dans son premier état, comme illustré sur la figure 2. Lorsque le véhicule ferroviaire 3A s'est éloigné du rail conducteur 2A, le patin conducteur 3B n'est plus en contact avec le rail conducteur 2A, et le rail conducteur 2A est mis à la masse électrique 6 par l'intermédiaire du circuit de mise à la masse 5, le premier interrupteur 7 étant ouvert et le deuxième interrupteur 9A étant fermé.

En cas de défaut sur le système d'alimentation du rail conducteur, que le véhicule ferroviaire soit éloigné du rail ou non, le dispositif de sectionnement 10 est commandé pour sectionner le circuit d'alimentation 4. Le module de connexion 14 passe de son premier état à son deuxième état, comme représenté sur la figure 3. La borne principale 18 reliée au premier interrupteur 7 est alors isolée de la source de courant 8 de par le passage du premier organe de sectionnement 36 de sa position de fermeture à sa position d'ouverture et le point de connexion commune 9C est relié à la masse électrique 6 de par le passage du deuxième organe de sectionnement 38 à sa position de fermeture.

On conçoit ainsi que le dispositif de sectionnement selon l'invention permet, de manière automatique et prédéterminée, une mise à la masse électrique de rails conducteurs et, en cas de défaut, l'isolement et la mise à la masse électrique du circuit d'alimentation, ce qui entraîne une réduction des risques d'électrocution.