Brevet FR2009835A1 — publié le 19700213

L'invention concerne un relais disjoncteur avec perte à la terre ,oemportant un transformateur à équilibre de courant muni d'un noyau de fer et d'un enroulement dit "de signal",qui est relié à un dispositif de coupure du circuit. 5 le rôle d'un relais disjoncteur avec pei-te à la terre est de protéger la vie et les biens contre les dommages et accidents causés par .des défauts des installations.le relais est disposé avant les parties à protéger,qui comprennent normalement toute l'installation.Le relais comporte un transformateur dit à équilibre de cou-10 rant muni d'un noyau de fer et d'un enroulement de signal qui est relié à un dispositif de coupure et qui transmet à celui-ci le signal voulu s'il existe une fuite dans le circuit«Le signal peut ôtre envoyé au dispositif de coupure directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur.Un relais de ce genre fonètionne correc-15 tement avec un cour abat alternatif sans fuite et avec un courant alternatif comportant une fuite qui est uniquement un courant alter--natif.S'il existe une fuite formée totalement ou partiellement de courant continu, le type de relais disjoncteur avec perte à la terre généralement utilisé antérieurement ne donne pas de signal 20 qui puisse entrainer une réponse, du dispositif de coupure de manière à interrompre la liaison entre le réseau et l'installation protégée par le relais. En outre, le courant continu peut provoquer une saturation totale ou partielle du noyau du transformateur à équilibre de courant, de sorte que le relais ne peut donner 25 qu'un faible signal ou pas de signal du tout dans le cas d'une fuite simultanée de courant alternatif. Gela est désavantageux étant donné qu'il est devenu usuel de transformer le courant alternatif du réseau en courant continu pour alimenter certains appareils qui peuvent fonctionner seulement sur courant continu et 30 avec lesquels il existe par conséquent, un risque considérable de fuite formée totalement ou partiellement de courant continu. On connait un relais de disjoncteur avec perte à la terre (brevet danois n°91 184) qui fonctionne suivant le principe de différence et qui convient spécialement au courant alternatif, mais 35 qui est aussi applicable au courant continu. Ce relais est caractérisé par l'utilisation d'un électro-aimant qui est polarisé par un aimant permanent, de sorte que le relais ne réagit correctement au courant continu que dans un sens. L'invention a pour but de fournir un relais de disjoncteur 69 12857 2 2009835 avec perte à la terre qui coupe le circuit en cas de fuite de courant alternatif ou d'une combinaison de courant alternatif et continu, et aussi' de préférence, de courant continu pur. Selon l'invention, on y parvient en disposant sur le noyau du transfor-5 mateur à équilibre de courant, un enroulement qui est relié à une source de courant alternatif. Quand un courant alternatif passe par le relais et qu'il n'y a pas de fuite, le courant alternatif produit dans l'enroulement un signal de courant alternatif d'une certaine grandeur et qui est envoyé au dispositif de coupure. 10 S'il existe une fuite de courant alternatif, un signal modifié -de courant alternatif est envoyé au dispositif de coupure, de sorte qtae celui-ci s'ouvre par suite de cette"variation. S'il existe, avec un réseau alternatif, une fuite de courant continu, cela provoque une variation du point de fonctionnement du noyau 15 du transformateur à équilibre de courant et une variation du signal de courant alternatif ' transmis au dispositif de coupure, de sortë que celui-ci s'ouvre à cause de la variation. Si le relais est utilisé pour un réseau à courant continu, et s'il n'y a pas de fuite, un signal de courant alternatif d'une certaine gran-20 deur est transmis au dispositif de coupure à cause du courant alternatif qui passe dans l'enroulement. S'il existe une fuite de courant continu, le point de fonctionnement du noyau est modifié et le courant alternatif passant dans l'enroulement engendre un signal de courant alternatif de grandeur modifiée, transmis au 25 dispositif de coupure et celui-ci s'ouvre à cause de cette variation. Selon l'invention, le relais du disjoncteur avec perte à la terre peut être conçu comme indiqué ci-après à la revendication 2. Les deux enroulements jouent alors le rôle du primaire et du 30 secondaire d'un transformateur. Toutefois, il est possible aussi d'utiliser un seul enroulement sur le noyau du transformateur à équilibre" de courant, et dans ce cas, cet enroulement est relié à une source de courant alternatif et sert d'enroulement de signal. Selon l'invention'; 'le relais peut être conçu de la -façon 35 indiquée à la revendication 3. On obtient ainsi un reïais 'très sensible, spécialement si le signal de référence présente-"pratiquement la même grandeur et la même phase que le signal émis-par l'enroulement de signal. - ' 69 12857 3 2009835 Selon l'invention, le relais de disjoncteur avec perte à la terre peut être conçu de la manière indiquée à la revendication 4. On obtient ainsi, de façon simple et sûre, un signal de référence avantageux. 5 Selon l'invention, le relais peut être conçu de la façon indiquée à la revendication 5. On obtient ainsi un relais très sensible, en ce sens que le signal de référence et le signal donné par l'enroulement de signal s'équilibrent dans l'état normal. Selon l'invention, le relais peut être conçu de la façon indi-10$uée à la revendication 6. On obtient ainsi une construction simple et sûre. Selon l'invention, le relais peut être conçu comme indiqué à la revendication 7. On obtient ainsi une construction spécialement simple. 15 Le relais peut être conçu comme indiqué à la revendication 8. On obtient ainsi une construction simple et peu coûteuse qui peut comporter des avantages considérables comme on l'expliquera ei-après. Selon l'invention, le relais peut être conçu comme indiqué à la 20revendication 9» On obtient ainsi une construction particulièrement simple dans laquelle on ne risque pas d'envoyer au réseau un courant alternatif de fréquence nuisible. Selon l'invention, le relais peut être conçu de la façon indiquée à la revendication 10. Ainsi, on obtient une construction 25relativement simple et peu coûteuse qui permet un tarage avantageux du courant alternatif amené à l'enroulement. Selon l'invention, le relais peut être conçu de 1& façon indiquée à la revendication 11. On peut ainsi obtenir un réglage a-vantageux permettant de donner au relais une grande'sensibilité. 30 Selon l'invention, le relais peut être conçu de la façon indiquée à la revendication 12. Quand le dispositif de coupure est adapté à la fréquence considérée, on peut obtenir un fonctionnement sûr. Selon l'invention, le relais peut être disposé, dans ce but, de la façon indiquée h la revendication 13. 35 Selon 1'invention, le relais peut être conçu comme indiqué à la revendication 14. On obtient ainsi un courant alternatif qui est entièrement indépendant des courants alternatifs pouvant exister dans le système. Selon l'invention, le relais peut être conçu comme indiqué à la revendication 15.'On obtient ainsi un 40mode d'exécution simple et peu coûteux qui peut servir pour un 69 12857 4 2009835 réseau à courant continu. Ii*invention est illustrée schématiquement par les dessins sur lesquels î la figure 1 montre un relais disjoncteur avec perte à la terre 5 olassique, utilisé avec un réseau alternatif et un appareil consommateur de courant alternatif; la figure 2 montre le même relais utilisé avec un réseau alternatif, un redresseur et un appareil consommateur de courant continu; 10 la figure 3 montre, schématiquement, une disposition qui comporte un relais comme celui des figures 1 et 2, et qui alimente trois appareils consommateurs de courant, dont l'un est muni d'un redresseur; la figure 4 est un graphique indiquant la variation du cou-15 rant alternatif de fuite qui est nécessaire pour provoquer l'ouverture, lorsqu'un courant continu passe par le relais de disjoncteur avec perte à la terre; la "figure 5 montre un relais selon l'invention, utilisé avec un réseau alternatif monophasé; 20 la figure 6 montre un deuxième mode d'exécution d'un relais selon l'invention; la figure 7 montre un troisième mode d'exécution d'un relais selon l'invention, et la figure 8 montre un quatrième mode d'exécution d'un relais 25 selon l'invention. le relais de disjoncteur classique avec perte à la terre qui est représenté sur la figure 1 présente un noyau magnétique annulaire '1 à travers lequel passent trois conducteurs de phase et un conducteur neutre qui aboutissent à.un appareil consom-30 mateur de courant alternatif triphasé 2, muni d'une prise de terre 3. Autour du noyau 1 est disposé un enroulement de signal 4 qui est relié à un élément réactif 5> commandant des interrupteurs 6 qui sont insérés sur les trois conducteurs de phase et sur le conducteur neutre, avant le noyau 1. Le réseau d'à-35 liméntation est relié à la terre par un conducteur de terre 7. Une fuite de courant alternatif à la terre par le conducteur 3 entraine un déséquilibre dans les courants passant à travers le noyau 1 de sorte que l'enroulement 4 provoque une réaction de l'élément réactif 5. Dans le cas d'une fuite de eourant continu 69 12857 5 2009835 par le conducteur 3, le courant continu qui en résulte et qui passe à travers le noyau 1 n'induit aucun courant dans l'enroulement 4 et par suite, aucun signal ne fait réagir le dispositif 5, mais le courant continu passant à travers le noyau ëntraine 5 une variation du point de fonctionnement du transformateur à équilibre de courant 1, 4, voir figure 4, âe sorte qu'il faut une plus grande fuite de courant altërriatif par le conducteur 3 pour faire réagir le dispositif 5. ' Quand le transformateur à équilibre de courant est relié comme 10 sur la figure 2, à un redresseur 8, commandant un appareil consommateur. de courant continu 9» le risque d'une telle fuite de courant continu à la terre est particulièrement grand tandis que le risque d'une fuite de courant alternatif est faible. le relais de disjoncteur avec perte à la terre qu'on a représenté ne con-15 vient pas bien â un tel circuit car il ne commande pas la coupure en cas de fuite de courant continu. Sur la figure 3, on a représenté un relais de disjoncteur avec perte à la terre 10 semblable au relais 1,4,5,6 indiqué sur les figures 1 et 2. Le relais 10 alimente, par l'intermédiaire 20 d'interrupteurs manuels 11, trois appareils consommateurs 'de courant dont deux, 12 et 13, consomment du-courant alternatif tandis que le troisième, 14, consomme du courant continu et est alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur 15. Les trois appareils 12,13 et 14 sont reliés séparément à la terre. S'il se 25 produit une fuite de courant continu par l'appareil 14, le relais 10 ne réagit pas. Par le noyau du relais 10, il passe un courant continu qui entraine une prémagnétisation du noyau de sorte que son point de fonctionnement varie. Sur la figtire 4» on a indiqué l'effet ainsi produit; le courant continu qui passe 30 à travers le noyau du transformateur est porté en abscisses tandis que le courant alternatif de fuite nécessaire au déclenchement du dispositif de coupure 5 est indiqué en ordonnées» Le courant alternatif de fuite nécessaire pour" obtenir le déclenchement quand la fuite de courant continu est nulle est; indiquée 35 par "în''. On'voit que la fuite-de courant, alternatif nécessaire à la réaction du disjoncteur augmente fortement avec la fuite de courant continu "Idc". Quand il se produit une fuite de courant continu par l'appareil 8 et que le point de fonctionnement du noyau î varie, il faut" une" plus grande fuifie de courant alter 69 12857 6 2009835 natif par les appareils 12 et/ou 13 avant que le relais 10 ne réagisse, et ainsi ees appareils ne.sont pas aussi bien protégés que l'on pourrait le croire en cpnsidérant, la fuite nominale de courant âltèrnatif' de réaction "In". Comme exemple typique,on pren--5 dra le cas ou "In" vaut 30 mA et où il se produit par l'appareil 14 une fuite de courant continu de 1 A; en pareil cas, pour obtenir la réaction, il faut une fuite de courant alternatif de plus de 1 A au lieu de 30 mA. Dans ce cas, l'effet de protection du relais est altéré. Il existe un risque de dommage particulière-10 ment grand si les appareils sont actionnés manuellement et ne sont pas munis d'une prise de terre spéciale, par exemple, dans le cas d'appareils portatifs. ? Le relais disjoncteur avec perte à la terre représenté par la figure 5, présente aussi un noyau magnétique annulaire 1 et un 15 enroulement de signal 4 qui est relié à un dispositif de coupure 5 commandant des coupe-circuits 6. Toutefois, outre l'enroulement de signal 4, le noyau 1 possède un enroulement auxiliaire 16 qui est relié en série à un enroulement d'entrée 17 d'un autre transformateur possédant un noyau magnétique annulaire 18 et un deu-20 xième enroulement 19, ee dernier est relié en série à l'enroulement de signal 4 et sert d'enroulement de signal de référence, il est relié au disjoncteur 5 de façon telle que les deux enroulements de signal 4 et 19 sont en opposition de phase, les deux enroulements 16 et 17 reliés en série sont alimentés en courant 25 alternatif, dans l'exemple représenté par le fait qu'ils sont connectés à deux conducteurs de réseau par l'intermédiaire d'une résistance 20. Les deux conducteurs de réseau sont reliés à un ou plusieurs appareils, non représentés, destinés à être protégés par le relais. Les deux conducteurs de réseau passent à tra-30 vers le noyau magnétique 1. On a seulement représenté deux conducteurs _ de réseau mais le relais peut fonctionner de la même façon avec quatre conducteurs pour un réseau triphasé. Le courant alternatif passant par les deux enroulements 16 et 17 induit des* courants'alternatifs de,même intensité dans les 35 enroulements 4 et 19, mais étant donné que cèux-ci sont "eri opposition, aucun signal n'est transmis au disjoncteur "5. Tandis qu'il ne se produit pas de fuite par le où les appareils consommateurs, les courants qui passent dans les deux conducteurs de réseau "sont en équilibre et aucun signal n'atteint le disjoncteur 69 12857 7 2009835 ixS'il se produit une fuite de courant alternatif, un courant alternatif résultant passe à travers le noyau, ce courant entraine une modification du signal émis par l'enroulement de signal 4 mais aucune modification du signal émis par l'enroulement de si-5 gnal de référence 19, et par suite un signal est engendré, qui actionne le dispositif de coupure 5.S'il se produit une fuite de courant continu et qu'alors un courant continu résultant traverse le noyau 1, ce courant provoque une variation du point de fonctionnement du transformateur- 1 » 4,16 mais non celui du 10 transformateur 17,18,19 et par conséquent,il en résulte une différence entre les signaux donnés par l'enroulement de signal 4 et l'enroulement de signal de référence 19, de sorte qu'un signal résultant est engendré pour actionner le dispositif de coupure 5. 15 la variante de la figure 6 correspond pratiquement au relais disjoncteur avec perte à la terre représenté par la figure 5. les deux noyaux 1 et 18 sont remplacés par un noyau présentant deux ouvertures 21 et 22 qui forment deux noyaux annulaires 23 et 24, l'enroulement de signal 4 étant placé sur le noyau 23 et l'en-20 roulement de signal de référence 18 sur le noyau 24.lies deux enroulements 16 et 17 sont remplacés par un seul enroulement 25 placé sur la "branche de liaison entre les deux ouvertures et qui est donc commune aux deux noyaux. L'enroulement 25 est relié par l'intermédiaire de la résistance 20 à deux conducteurs de réseau et ces 25 derniers passent par l'ouverture 21. Le relais représenté par la figure 6 fonctionne sensiblement de la même façon que celui de la figures. Les deux conducteurs de réseau indiqués sur les figures 5 et 6 peuvent être remplacés par trois conducteurs ou davantage. Au lieu 30 que le courant alternatif fourni aux enroulements 16 et 17 ou 25 soit dérivé directement des conducteurs de réseau par 1*intermédiaire d'une résistance, il peut être tiré par 1'intermédiaire d'un transformateur. Il est possible aussi d«utiliser une source de courant alternatif indépendante des conducteurs de réseau. Sur 35 les figures 5 et 6, on a supposé que le réseau véhicule un courant alternatif. Cependant» il est possible aussi d'utiliser le relais avec un réseau à courant continu, les conducteurs de réseau passant aussi à travers le noyau magnétique 1 ou 23. En pareil cas, on peut utiliser une source séparée de courant alternatif pour 69 12857 8 2009835 alimenter les enroulements 16 et 17 ou 25 ou bien on peut utiliser un générateur de courant alternatif qui est alimenté par le courant continu. Entre les enroulements de signal 4,19 et le dispositif de coupure 5 peut être inséré un amplificateur. 5 le relais représenté sur la figure 7 présente un noyau de transformateur à équilibre de courant 1 muni d'un enroulement de signal 4 dont une borne est reliée au dispositif de coupure 5 tandis que son autre borne est reliée à l'un des deux conducteurs de réseau. L'autre borne du dispositif 5 est relié au deuxième conducteur.de 10 réseau. Sur le noyau 1 est disposé un autre enroulement 26 ;dont les deux bornes sont reliées aux deux conducteurs de réseau. L'enroulement 26 véhicule un courant alternatif constant qui, par le noyau 1, induit dans l'enroulement 4 une tension alternative à laquelle se superpose la tension qui règne dans le circuit 4,5 15 et qui provient du réseau. Les deux enroulements 26 et 4 sont de préférence coordonés de telle manière que le circuit 4,5 ne véhicule aucun courant lorsqu'il n'y a pas de fuite dans les deux conducteurs de réseau. Lorsqu'il apparait une fuite de courant alternatif dans les conducteurs de réseau, un courant est induit 20 dans l'enroulement 4 de manière à actionner le dispositif de coupure 5 et les interrupteurs 6. Quand il apparait une fuite de courant continu, le point de fonctionnement du noyau 1 est modifié de sorte que la tension alternative induite dans l'enroulement 4 par l'enroulement 26 est modifiée et qu'un signal modifié 25 arrive au dispositif 5 pour actionner celui-ci et provoquer l'ouverture. Les deux circuits 26 et 4,5 peuvent éventuellement être alimentés par un générateur spécial. Dans ce cas, le relais peut servir à surveiller un réseau à courant continu. Le relais de la figure 8 présente un noyau de transformateur à 30 équilibre de courant 1 qui porte un enroulement de signal 4 et un dispositif de coupure 5. L'enroulement de signal 4 est disposé dans un circuit en pont avec un condensateur 27 et trois résistances 28,29 et 30. Le dispositif 5 est disposé dans le pont entre les deux côtés de celui-ci, tandis qu'un générateur de cou-35'rant alternatif 31 est relié aux extrémités du pont. Les composants 4,27,28,29 et 30 ont de préférence des caractéristiques telles que lorsqu'il n'existe pas de fuite dans les conducteurs de réseau, un signal nul est fourni au dispositif de coupure 5. Le courant alternatif qui passe par l'enroulement 4 provoque une 69 12857 9 2009835 magnétisation alternée du" noyau 1. S'il apparait une fuite de" courant alternatif dans les conducteurs de réseau, une tension alternative est induite dans, l'enroulement 4 et un signal différent de zéro est envoyé au dispositif 5. S'il se produit une 5 fuite de courant continu dans les conducteurs de réseau, il en résulte une magnétisation continue du noyau 1 de sorte que la . self- induction de l'enroulement 4 est réduite, ce qui fait qu'un signal différent de zéro est envoyé au dispositif de coupure 5. Le relais peut servir à surveiller un réseau à courant continu 10 ou alternatif. Le générateur 31 peut éventuellement être alimenté par le réseau. Il est possible aussi de supprimer le générateur 31 et de connecter les extrémités du circuit en pont aux conducteurs de réseau. Les modes d'exécution représentés et décrits doivent seulement 15 être considérés comme des exemples car différentes variantes sont concevables dans le cadre de l'invention. Dans le cas où l'on uti 69 12857 10 2009835 REVENDICATIONS . 1.- Relais disjoncteur avec perte à la terre comportant un transformateur à équilibre de courant muni d'un noyau de fer et d'un' enroulement de signal relié à un dispositif de coupure 5 du circuitj relais caractérisé en ce qu'un enroulement relié à une source de courant alternatif est disposé sur le noyau. 2.- Relais selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau présente un enroulement séparé de signal et un enroulement auxiliaire séparé qui est relié à une source de courant alter- 10 natif. 3.- Relais selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu* il présente des éléments connectés à la source de courant alter-? natif et destinés à engendrer un signal de courant alternatif qui est relié au dispositif de coupure en tant que signal de ré- 15 férence. 4-.- Relais selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'il présente un enroulement de signal de référence constituant le secondaire d'un transformateur auxiliaire dont le primaire est alimenté par la source de courant alternatif. 20 5.- Relais selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que les éléments servant à engendrer le signal de référence sont a-ménagés de manière à émettre un signal de référence approximativement de même grandeur que le signal engendré dans l'enroulement de signal par la source de courant alternatif, et que les.cir- 25 cuits des deux signaux sont connectés en opposition de phase au dispositif de coupure. 6.- Relais selon 3es revendication 4 et 5 caractérisé en ce que l'enroulement auxiliaire du transformateur à équilibre de courant et le primaire du transformateur auxiliaire sont reliés en série 30 entre eux et que l'enroulement de signal de référence et l'enroule ment de signal sont reliés en série et en opposition de phase. 7.- Relais selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le transformateur à équilibre de courant et le transformateur auxiliaire ont un noyau commun présentant deux circuits magnéti- 35 ques dont l'un forme le noyau du transformateur à équilibre de courant tandis que l'autre forme le noyau:du transformateur auxiliaire, et que l'enroulement auxiliaire est disposé sur la portion commune des deux circuits magnétiques, tandis que l'enroulement de signal est disposé sur le circuit magnétique du transformateur 69 12857 n 2009835 à équilibre de courant et que l'enroulement de signal de référence est disposé sur le circuit magnétique du transformateur auxiliaire, l'enroulement de signal et l'enroulement de signal de référence étant connectés entre eux en série et en opposition de 5 phase. 8.- Relais selon l'une ou plusieurs des revendications 1-7 caractérisé en ce que le courant alternatif fournit à l'enroulement disposé sur le transformateur à équilibre de courant est dérivé du réseau qui passe à travers le relais. 10 9.- Relais selon la revendication 8 caractérisé en ce que les bornes de l'enroulement auxiliaire sont reliés à deux conducteurs de réseau passant à travers le relais, de préférence par l'intermédiaire d'une résistance. 10.- Relais selon la revendication 8 caractérisé en ce que les 15 bornes de l'enroulement sont reliées aux bornes du secondaire d'un transformateur séparé comportant un primaire dont les bornes sont reliés à deux conducteurs de réseau passant à travers le relais. 11.- Relais selon l'une ou plusieurs des revendications 1-8 20 caractérisé en ce qu'il comporte un générateur spécial servant à engendrer un courant alternatif. 12.- Relais selon la revendication 11 caractérisé en ce que le générateur est aménagé pour émettre un courant alternatif dont la fréquence diffère de celle du courant de réseau passant à tra-25 vers le relais. 13.- Relais selon la revendication 12 caractérisé en ce que la fréquence du générateur est supérieure, par exemple, plusieurs fois supérieure, à la fréquence du courant de réseau passant à travers le relais. 30- 14.- Relais selon l'une ou plusieurs des revendications 11 - 13 caractérisé en ce que le générateur est un convertisseur alimenté en courant continu. 15.- Relais selon la revendication 14 caractérisé en ce que le convertisseur est alimenté par un réseau à courant continu pas-35 sant à travers le relais.