Brevet FR2026915A1 — publié le 19700925

44403| 1 2026915 , L'invention se rapporte à un dispositif destiné à la protection de récepteur et/ou capteurs de mesures qui se trouvent dans des espaces menacés par un danger d'explosion. Il arrive fréquemment qu'on soit obligé de monter des appa-5 reillages électriques, des organes de réglage, des appareils de mesure ou d'autres installations électriques dans des endroits où il existe un danger d'explosion, c'est-à-dire dans lesquels, suivant les conditions de travail, des gaz, des vapeurs ou des poussières forment avec l'air des mélanges détonants. Si, dans ce 10 cas, aucune mesure de protection particulière n'est prise, il peut se produire, en raison d'une brusque surtension ou d'un court-circuit, soit une formation d'étincelle, soit un échauffement exagéré lorsqu'en cas de court-circuit, l'appareil utilisateur n'est pas débranché, de sorte qu'il y a danger d'explosion. 15 Pour l'utilisation d'appareillages électriques dans les zo nes où il y a danger d'explosion, et tout particulièrement pour le fonctionnement d'installation de régulation et de mesure, il existe déjà toute une série de prescriptions techniques de sécurité réunies dans l'instruction dite VDE. C'est ainsi qu'il est usuel 20 de fractionner le circuit électrique en une partie à l'extérieur de la zone menacée d'explosion et une partie qui se trouve dans l'atmosphère explosive. Cette dernière partie, connue sous le nom de circuit à sécurité intrinsèque, est soumise à des prescriptions de sécurité particulières pour qu'il ne puisse s'établir dans ce 25 circuit des conditions de fonctionnement qui présenteraient un danger pour les personnes et les objets. C'est ainsi qu'on sait procéder à la séparation ou au cloisonnement entre la partie de l'installation électrique qui se trouve dans une zone non soumise à un danger d'explosion et le cir-30 cuit à sécurité intrinsèque au moyen d'étages séparateurs actifs ou d'amplificateurs adaptateurs d'impédance, des transformateurs étant en plus prévus pour la séparation de potentiel. Le rôle de tels étages séparateurs est d'empêcher le passage de brusques surtensions ou surintensités qui se produisent pour des raisons 35 quelconques dans l'installation électrique et qui pourraient passer et agir dans le circuit à sécurité intrinsèque. En outre, il faut rendre impossible des entraînements de tension et d'intensité dans le circuit à protéger. Ce qui est important, c'est que les éléments des circuits à sécurité intrinsèque ne présentent 40 qu'une possibilité d'accumulation limitée pour des charges élec- 69 44403 2 2026915 "triques, et ceci aussi bien pour la marche à vide, le cas de fuites à la terre et le cas de court-circuit. les dispositifs qui satisfont à ces conditions sont la plupart du temps compliqués et coûteux. L'invention se propose de 5 réaliser un dispositif de protection, pour séparer les circuits à sécurité intrinsèque et les circuits qui ne présentent pas ce caractère, utilisable dans les deux parties et susceptible, d'être fabriqué à un bas prix de' revient et sans complications. Il doit de plus remplir les conditions mentionnées ci-dessus. L'in-10 vention a pour objet un dispositif pour la protection d'utilisateurs et/ou de capteurs de mesure se trouvant dans des zones où il y a danger d'explosion, et elle est caractérisée en ce qu'il est prévu dans chaque conducteur entre l'élément de commutation (vanne, couple thermo-électrique) qui se trouve dans la zone dan-15 gereuse et l'élément de commutation (régulateur, surveillance de rupture à couple thermo-électrique), qui se trouve à l'extérieur de cette zone, un dispositif limiteur de courant constitué par des .transistors et un coupe-circuit pour faible intensité, et en ce qu'entre le dispositif liioiteur de courant et le coupe-circuit 20 pour faible intensité chacun des conducteurs est relié au dispositif de protection par mise à la terre par l'intermédiaire de deux diodes de Zener montées en parallèle. .Un avantage particulier offert par le dispositif de protection suivant l'invention est le fait qu'il ne nécessite aucun ré-25 seau d'alimentation ou aucune source de courant pour alimenter le dispositif protecteur, mais que ce dispositif peut être simplement monté comme quadripôle passif en un endroit quelconque du circuit, et offre une protection sûre contre les surintensités et les surtensions. De plus, le dispositif protecteur suivant l'in-30 vention ne comporte pas non plus d'accumulateur de charges électriques ou magnétiques; il peut donc être monté aussi bien dans les zones dangereuses que dans les zones où le danger d'explosion n'existe pas. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif protecteur suivant l'invention est uti-. 35 lisé sous la forme d'un élément prêt à l'usage et constitué par un coffret normalisé muni, de bornes d'entrée et de sortie, de sorte que, par simple coupure des câbles, il peut être intercalé partout où il y a danger d'explosion. - Un autre avantage du dispositif à quadripôle passif suivant 40 l'invention, en particulier en ce qui concerne son utilisation en 69 44403 3 2026915 •tant qu'élément de commutation.fermé par rapport aux amplificateurs adaptateurs actifs connus est qu'il n'y a pas de limitation de longueurs pour les câbles libres dans les circuits à sécurité intrinsèque, étant donné que le dispositif protecteur suivant 1* invention peut être monté par exemple à des intervalles déterminés dans le circuit, de sorte qu'il est possible d'installer n'importe quelle longueur de câble jusqu'à une chambre de commutation centrale. Normalement, dans les installations protégées contre les risques d'explosion, la longueur des câbles libres est limitée à une capacité maximale déterminée que les câbles forment réciproquement et par rapport à la terre. En conséquence, l'utilisation du dispositif protecteur suivant l'invention est également possible dans les installations où. ce n'est qu'après coup que se présente le risque d'une explosion, par exemple par suite de la formation inattendue de gaz et de poussières quand on travaille des matériaux nouveaux, et où un changement des installations existantes n'est pas possible ou pas rentable. Dans ce cas, il suffit de couper les câbles et d'intercaler le quadripôle passif suivant l'invention. les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-ront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et avec référence au dessin annexé, qui représente le schéma des connexions du dispositif protecteur suivant l'invention. Sur le dessin, le dispositif protecteur est contenu dans l'ès-pace délimité par des tirets. Il réunit un bloc 10 à des éléments de commutation 5 à 7 qui se trouvent dans une zone où il y a danger d'explosion, c'est-à-dire sont directement exposés à une atmosphère explosive, le bloc 10 peut être par exemple un régulateur qui actionne line électro-vanne 5, ou bien simplement un réseau qui alimente en courant uné résistance chauffante 7. Il s'agit dans ce cas de dispositifs qui alimentent des récepteurs de courant situés dans la zone dangereuse; il peut s'agir également de relier un capteur de mesures 6, par exemple un thermo-couple, par l'intermédiaire du dispositif protecteur suivant l'ihvention, à d'autres appareils, par exemple un indicateur de rupture à thermo-couple 11 qui contrôle l'intégrité du circuit. Dans ce cas également, il peut se produire de brusques surtensions au capteur de mesures; par exemple, dans le dispositif de surveillance de rupture à thermo-couple, un courant alternatif est envoyé par l'intermédiaire du thermo-çouple, ce qui nécessite un déblocage. 69 44403 4 2026915 L'endroit où le dispositif protecteur suivant l'invention est monté, que ce soit une zone non dangereuse ou au contraire dans une zone où l'utilisateur doit être protégé, est sans importance. En détail, le dispositif de protection suivant l'invention 5 se compose de deux limiteurs de courant symétriques situés dans chaque conducteur et qui limitent le courant qui y circule en l'abaissant à une valeur non dangereuse. De plus, chaque conducteur est relié à la terre par deux diodes de Zener 3,4 et 3'» 4* montées en parallèle. En avant des diodes de Zener dans la direc-10 tion du bloc 10 est monté un coupe-circuit pour faible intensité 2,2'. Tous les éléments de commutation à l'intérieur du quadripôle de sécurité passifjsuivant l'invention existent en double pour que, en cas de rupture ou d'incident de fonctionnement, un des éléments de commutation prévus en double puisse assurer le 15 rôle de l'autre, de façon à préserver la sécurité de fonctionnement . Le dispositif protecteur fonctionne comme suit : des augmentations de tension inadmissibles aux bornes 12 ou 13 sont absorbées par les diodes de Zener 3,4 ou 3', 4' montées en parallèle. 20 Un échauffement inadmissible des diodes qui pourrait alors se produire est empêché par les coupe-circuits pour faible intensité 2 et 2"' qui précèdent les diodes et qui fonctionnent après un certain laps de temps qui dépend du courant de court-circuit. Tel est également le cas s'il arrive qu'une des diodes se court-cir-25 cuite par exemple sous l'effet d'un facteur extérieur, et soit de ce fait exposée à un échauffement inadmissible. Si, par exemple, sou? l'action d'un incident de service, un appareil utilisateur 5 ou 7 dans la zone dangereuse subit un court-circuit, le dispositif semi-conducteur à transistor 1, 1' 30 monté en aval de la diode de Zener réalise une limitation éfficaoe du courant entre des limites déterminées. Le courant dans les montages 1, 1', qui agissent en tant que dipôles passifs, passe par le circuit émetteur-collecteur des transistors 8,8'. Si le courant augmente en raison d'un incident de fonctionnement, la chute 35 de tension grandit de plus en plus par l'intermédiaire de la résistance de l'émetteur des transistors, de sorte que, finalement la tension des diodes de Zener est surmontée et que le potentiel de la base du transistor réduit de plus en plus la conduction de celui-ci, de sorte que l'ensemble du montage limite le courant à 40 une valeur encore admissible. De tels limiteurs de courant sont 69 44403 5 2026915 déjà connus pour empêcher une surcharge de réseaux en cas de court-circuit. Mais, par rapport aux dispositifs connus, par exemple par rapport aux étages séparateurs constitués par des é-léments actifs l'utilisation de ces couplages dans le cadre d'un 5 quadripôle de sécurité passif placé dans des zones où il y a danger d'explosion, ou montés en avant d'organes utilisateurs situés dans des zones dangereuses présente d'importants avantages, car elle ne nécessite ni transformateurs séparateurs, ni réseaux ni redresseurs ou appareils du même genre. 69 44403 6 2026915 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la protection d'appareils tels que des capteurs de-mesurer situés dans des zones où il existe un danger d'explosion, caractérisé en ce qu'il est prévu dans chaque con- 5 ducteur, entre l'élément de commutation (vanne 5, thermo-couple 6) qui se trouve dans la zone dangereuse et l'élément de commutation (régulateur 10, surveillance de rupture de thermo-couple 11) situé en dehors de cette zone et qui est relié au premier élément de commutation par des câbles conducteurs, un dispositif limiteur 10 de courant 1,1' constitué par des transistors 8,8' et un coupe-circuit 2,2* pour faible intensité, et caractérisé également en ce que, entre le dispositif limiteur de courant 1,1' et le coupe-circuit 2,2* pour faible intensité, chacun des deux conducteurs 12,13 est relié au dispositif protecteur connu de mise à la terre 15 par l'intermédiaire de deux diodes de Zener 3» 4 ou 3'» 4* montées en parallèle. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ,1e dispositif limiteur de courant 1, 1* se compose d'un tran* -sistor 8,8' couplé dans le sens longitudinal, par l'intermédiaire 20 du circuit émetteur-collecteur duquel circule le courant utilfe et par l'intermédiaire du circuit base-émetteur duquel est connectée une diode de Zener 9,9' qui» en cas de dépassement de l'intensité maximale admissible, fonctionne et bloque le transistor. 25 3 - Dispositif suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par l'utilisation d'un quadripôle de sécurité passif qui, sous forme d'un circuit imprimé, est adapté aux autres éléments de commutation et. qui, de préférence après coup, peut être intercalé à n'importe quel endroit des conducteurs.