Brevet FR2025082A1 — publié le 19700904

La présente invention concerne un dispositif pour contrôler les variations de courant dans une installation électrique, com- portant mi moins un transformateur dont le noyau magnétique port. au moins deux enroulements à travers lesquels passent les courants dont les variations doivent être contrôlées, ce noyau portant au moins un enroulement secondaire commandant l'organe de centrale et serrant à émettre un courant en fonction d'une telle différen- ce. Dans un dispositif connu de ce genre, 11 organe de contrôle est un déclencheur agissant sur un contacteur à verrouillage qui, lorsque se produit une variation de courant, ouvre un interrupteur nattant ainsi hors circuit un appareil alimenté.Il suffit d'une trs petite différence entre les courants allant à cet appareil alimenté par le réseau par l'intermédiaire des enroulements pré cités fonctionnant comme enroulements primaires, ou refluant de cet appareil, ainsi que cela peut se produire notamment par suite d'un défaut d'isolement de l'appareil utilisé par rapport à la terres pour produire dans l'enroulement secondaire, normalement privé de courant , dii transformateur, un courant de travail qui actionne le déclencheur. Un tel dispositif cennu sous le nom de circuit de protection contre les courants différentiels ou courants résultant d'un défaut d'isolement ou encore on abrégé comme ninterrupteur BIw présente cet inconvénient que lorsqu'il se produit un défaut dans le transformateur ou en cas de court-circuit ou d 'interruption du circuit alimentant le déclencheur du transformateur il n1 est plus en état de fonctionner, sans pouvoir le signaler. Il est par conséquent nécessaire de vérifier de temps en temps le fonctionnement de cet interrupteur SI. Un autre inconvénient de cet interrupteur connu est que pour actionner le déclencheur on ne dispose que d'une très faible énergie, de sorte que pour obtenir la grande sensibilité désirée, il faut utiliser de très petits déclencheurs usinés avec la plus grande précision, de sorte que ces déclencheurs sont onéreux, sujets à des pannes et extrêmement sensibles aux vibrations. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients, mais sans titre limitée au dispositif de centrale constitué par des dispositifs à circuit de protection SI. le dispositif de contrôles objet de l'invention, est carac térisé en ce que le noyau magnétique du transformateur est constitué par une matière ferromagnétique à caractéristique d'hystérésis pratiquement rectangulaire et porte un enroulement primaire relié à la sortie d'arr générateur à basse-fréquence, de sorte que lorsque l1installation fonctionne normalement, un courant d'entretien passe dans l'enroulement secondaire ou dans les enroulements secondaires du transformateur ou des transformateurs, ce courant permanent étant pratiquement coupés par suite de la saturation du noyau magnétique lorsqu'il se produit une variation de courant critique dans les enroulements précités fonctionnant comme rnroule- ments de commande0 les dessins schématiques annexés montrent, à titre d'exem- ples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation de l'objet de 11 invention, au total quatre dispesitifs à circuit de protection EI. La fig. 1 montre un dispositif très simple utilisable pour la protection d'un appareil monté dans une installation à courant triphasé La fig. 2 montre un dispositif analogue à celui représente sur la fig. 1 mais comportant un circuit de compensation. La fig. 3 montre un dispositif analogue à celui représente sur la fig. 2 mais muni d'un amplificateur. La fig. 4 montre un dispositif commandant un relais télécommandé. Le dispositif représenté sur la fig. 1 comporte un tran- formateur 1 dont le noyau magnétique 2 , en forme d'anneau fermé est constitué par une matière à haute perméabilité et à boucle d'hystérésis en principe rectangulaire. Le noyai 2 porte un enroulement primaire 3 , un enroulement secondaire 4 et quatre en- roulement s de commande 5, tous ces enroulementsnFtant chaque fois désignés sur les dessins que par une seule spire. L'enroulement primaire 3 est alimenté par un générateur 6 à basse-fréquence dont la fréquence peut outre par exemple de 1000 Hz environ.Les enroulements de commande 5 se trouvent dans la prolongement de quia, tre conducteurs 7 qui relient Zes trois conducteurs de phase R.S.T et le conducteur zére 0 d'un réseau triphasé usuel de 50 Hz à un appareil 9 par l'intermédiaire d'un interrupteur quadripolaire 8. Deux conducteurs fO qui, en amont de l'interrupteur 8 , sont reliés à deux des conducteurs 7, servent à alimenter le générateur à basse-fréquence 6. Le but du dispositif représenté est de déconnecter lsap- pareil alimenté 9, lorsqu'il se produit à-l'intérieur de cet appareil ou entre lui et l'installation une perte à la terre qui a pour effet que la somme vectorielle des-courants passant par les conducteurs 7 n'est plus égale à zéroO Il suffit d'un très petit courant de déviation (courant différentiel) par conséquent-une très petite différence entre la somme vectorielle de trois courants et la valeur négative du quatrième vecteur, pour ouvrir l'interrupteur 8.La sensibilité peut être par exemple de 10/èo c'est-à-dire qu'un courant différentiel critique de 1 /oo du courant de phase normal suffit à déconnecter l'appareil alimenté 90 La mise en circuit et la mise hors circuit de l'interrupteur sont 8/produites par un contacteur de verrouillage 11 qui est normale- ment maintenu par un déclencheur 12 dans sa position de mise en circuit, dans laquelle il est représenté, le déclencheur étant commandé par l'enroulement secondaire 4 du transformateur 1. Le déclencheur 12 comprend à cet effet une bebine 13 reliée à lXenroulement secondaire et qui, lorsqu'elle est excitée, attire un induit plongeur 14 qui pénètre dans la bobine à l'en- contre de l'action d'un ressort de traction 15. L'induit 14 porte une tige de verrouillage 16 qui, lorsqu'elle occupe la position de verrouillage dans laquelle elle est représentée, s'applique derrière une butée 17 prévue dans le contacteur à verrouillage U, sur une tige de commande 18 qui sert à actionner l'interrupteur 8. Ua ressort de compression 19 tendra amener la tige de commande 18 dans sa position d'ouverture, c'est-à-dire vers la droite en regardant le dessin. Un bouton d'actionnement 20 prévu à lwextré- mité de la tige de commande 18 sert à fermer l'interrupteur 8. Le dispositif représenté fonctionne de la manière suivante : Lorsque la somme vectorielle des courants passant dans les conductueurs 7 ou dans les enroulements 5 est nulle, le noyau magnétique 2 n'est pas saturé, de sorte que par suite de l'excitation de lsenroulement primaire 3, une tension de 1000 Hz est induite dans l'enroulement secondaire 4. Cette tension produit dans la bobine 13 du déclencheur 12 un courant permanents de sorte que la tige 16 est maintenue en position de verrouillage à I'encontre de action du ressort 15 et maintient lui-même la tige de commande 18 dans sa position d'enclenchement malgré l'antagonisme du res sort 19. Dès lors, s'il se produit paur une raison quelconque un courant différentiel dépassant la limite critique les courants qui ne se complètent plus jusqu'à zéro produisent à travers les enroulements de commande 5 une saturation du noyau magnétique 2, d'ou' il suit que le courant alternatif passant dans l'enroulement primaire 3 n'induit plus de tension active dans ltenroulement secondaire 4.Le courant de maintien est ainsi interrompu par la bobine 13, la tige de verrouillage 16 est tirée vers le haut par le ressort 15 et la tige de commande 18 ouvre le commutateur 8 sous action du ressort 19. Lorsquen peut supposer que la cause du courant différentiel a été supprimée, on peut refermer le commu tueur 8 en appuyant sur le bouton 20. Mais si le courant diffé- rentiel persiste, on le remarque immédiatement à ce fait que la tige 18 ne reste pas dans sa position d'enclenchement car la tige de verrouillage 16 ne s'engage pas derrière la butée 17. Par rapport au dispositif de protection actionné par le courant de travail, le dispositif décrit présente ce grand avantage dlttre actionné par le courant de maintien de sorte que les défauts pouvant se produire dans le transformateur 1 et dans le déclencheur 12 ainsi que dans le circuit de la-génratrice à basse-fréquence et dans le circuit du déclencheur provoquent autematiquement la déconnexion de llappareil alimenté 9. Par conséquent, lorsque le dispositif reste enclenché, on sait que le circuit d'extinction est en état de fonctionner. Cet aute-contrCle permet de supprimer le circuit de contrôle qui est prescrit pour les autres dispositifs connus. La légère augmentation de prix résultant de la présence du générateur 6 est absolument négligeable en comparaison de cet avantage et d 'au tres encore qui seront décrits ci-après.Rationnellement, le géné- rateur 6 doit présenter une forte résistance intérieure car ainsi, lorsque le noyau magnétique 2 est saturé, cela favorise lwinterrup- tion de la transformation entre les enrouloeïients 3 et 4. I1 est évident que le contacteur de verrouillage 11 et le déclencheur 12 peuvent être également construits d'une autre façon que décrit, et que ce n'est gue pour rendre les dessins plus clairs qu'ils sont représentés sur la fig. 1 séparés du commutateur 8 avec lequel ils constituent en principe un ensemble unitaire A noter que le courant différentiel de 50 Hz interrompt, d'une part, ainsi qu'il a été décrit, l'induction du courant de repos de 1000 Hz dans l'enroulement 4, au moins à part un courant résiduel négligeable mais quedsautre part, il engendre lui-mtme dans cet enroulement 4 un courant secondaire de 50 Hz. Tant que le courant différentiel est faible, cet effet est négligeable, de sorte que le déclencheur 12 entre en action et que le commutateur 8 s'ouvre.Mais lorsque le courant différentiel devient très im- portant, la bobine 13 peut, dans les cas extrtmes,être finalement si fortement excitée par la somme des valeurs effectives du courant résiduel de 1000 Hz et du courant secondaire de 50 Hz, que le ressort 15 ne peut plus tirer vers le haut l'induit 14 et avec lui la tige de verrouillage 16, de sorte que la déconnexion désirée ne peut plus se produire, Cet inconvénient est supprimé dans le dispositif que montre la fig. 2 par un circuit de compen sation. Le dispositif représenté sur la fig. 2, outre wus les éléments du dispositif representé sur la fig. 1, présente encore un transformateur de compensation lt dont le noyau magnétique annulaire porte un enroulement primaire 3t, un enroulement secondaire 4 et quatre enroulements de commande 5* , les enroulements 3 et 3t étant montés en série de meme que les enroulements 4 et 4t et les enroulements 5 et 5t. Les enroulements 3 et 31 et les enroulements 5 et 5 sont polarisés de telle sorte que dans le circuit en série des enroulements secondaires 4 et 42 , les tensions de 50 Hz induites dans ces enroulements s'annulent alors que les tensions dé 1000 Hz s'additionnent. Il est évident que, de cette façon, dans la bobine 13 du déclencheur ne peut passer que le courant de repos de 1000 Hz qui est interrompu lorsqu'un courant différentiel se produit. Selon une variante, les enroulements 3 et 3t, 4 et 4t ou 5 et 5 peuvent être également montés en parallèle au lieu dsetre montés en série. Le dispositif que montre la fig. 3, qui comporte également deux transformateurs 1 et lt montés dans le circuit de compensation ne se différentie-de celui représenté sur la fig. 2 que par la présence d'un amplificateur 21 auquel est amenée la tension fournie par les enroulements secondaires 4 et 4t et à la sortie duquel est rassordée la bobine 13 du déclencheur. L'alimentation de l'amplificateur 21 est assurée par dea conducteurs 22 qui sont reliés aux conducteurs d'alimentation 10 du générateur à basse-fréquence 6.Cet agencement permet de prévoir un déelen- cheur 12 particulièrement robuste, dont les dimensions ne sont la source d'aucune difficulté, ainsi qu'ut contacteur de verrouil- lage calculé en conséquence qui fonctionne en toute sécurité, mdme sur des machines exposées à des vibrations. La grande sensibilité aux vibrations ou aux secousses des commutateurs PI connus jusqu'à présent peut être ainsi diminuée dans de larges pro portions. Le dispositif représenté sur la fig. 3 peut Titre utilisé avantageusement, par exemple sur les machines de travaux publics, sur les véhicules terrestres, les navires et les avions, dans l'industrie lourde et pour d'autres buts encore. En outre, un contacteur à verrouillage robuste est plus éce nomiqu. à fabriquer que celui très sensible, utilisé jusqu'à présent avec lez commutateurs PI. En outre, lutilisation d'un fort contacteur à verrouillage permet de monter également dans l'interrupteur quadripolaire 8 un jeu de contacts robustes, capa- bles de fonctionner parfaitement même dans de dures conditions. Le dispositif que montre la fig. 4 présent. un relais à ceurants différentiels reliés à un contacteur0 Les éléments rdféren- cés 1 à 8 sont les messes que ceux représentés sur la fig. 1. L'interrupteur quadripolaire 8 commandant le circuit alimentant l'appareil, et qui est représenté ouvert constitue avec l'enrou- lement d'une bobine d'appel 23 un relais pouvant etre télécommandé au moyen de deux commutateurs à poussoirs 24 et 25 représentés dans leur position de repos. L'ensemble 8, 23 comporte, en plus des quatre contacts montés dans les conducteurs 7, un autre contact 26 formant contact de rétention qui est monté avec le commu- tapeur 25 qui est ouvert en position de repos. L'enroulement secondaire 4 est alors relié à l'enroulement 27 d'un relaie 27 , 28 pourvu d'un contact de travail 28. Un conducteur 29 va de l'un des conducteurs 7 au générateur 6 de 1000 Hz et, parallèlement à ce dernier, jusqu'au contact 28. Un conduc- teur 30 va de l' interrupteur 24, qui est fermé en position de repos et parallèlement à celui-ci à la bobine d'appel 23 qui est elle-même reliee au contact 28 par un conducteur 31. Le montage en parallèle de l'interrupteur 25 et du contact de maintien 26 est relié, d'une part, à l'interrupteur et, d'autre part, au générateur 6 par l'intermédiaire d 'un conducteur 32. Dans la position dans laquelle les éléments sont représentés, le circuit d'alimentation 29, 6, 32, 25, 26, 24, 30 du générateur 6 est ouvert car les contacts 25 et 26 sont ouverts Le générateur 6 ne fournit ainsi au transformateur l aucun courant primaire, et il ne passe donc aucun courant dans le circuit secondaire 4, 27. le contact de travail 28 du relais 27, 28 qui n'est pas excité est ouvert et, par conséquent, le circuit d'excitation 29, 28, 31, 23, 30 de l'enroulement 23 de l'électre-aimant est interrompu, de sorte que l'interrupteur 8 et le contact de maintien 26 sont ouverts. Lorsque l'interrupteur de marche 25 estcourt-circuité, le générateur 6 est excité et fournit à I'enroulement primaire 3 un courant de 1000 Hz. Le courant induit de ce fait dans l'en- roulement secondaire 4 excite le relais 27, 28 dont le -contact de travail 28 se ferme, de sorte que l'enroulement 23 est excité et que l'interrupteur se ferme. De ce fait, le contact de maintien 26 se ferme également, de sorte que le circuit d'alimentation du générateur 6 est également maintenu fermé après qu'on a lâch le bouton-poussoir de ltinterrupteur de marche 25.Lorsqu'il n'y a pas de courant différentiel, le courant de repos passe alors continuellement dans le circuit secondaire 4, 27 et ltinterrupteur quadripolaire 8 reste enclenché, jusqu'à ce qu'on interrompale circuit d'alimentation du générateur 6 en ouvrant l'interrupteur d'arr8t 24 , en rétablissant ainsi la position de mise hors circuit représentée. Lorsque, l'interrupteur étant fermé, il se produit un courant différentiel, le courant de repos est immédiatement ceupé par suite de la saturation du noyau magnétique 2. En conséquence, le contact 28 s'ouvre, l'enroulement 23 de la bobine d'appel est privé de courant et lXinterrupteur 8 ssouvre de même que le contact de maintien 26, ce qui coupe également le courant d'alimentation du générateur 6 et rétablit la position de déconnexion. I1 est évident que ltinterrupteur 8 ne peut rester fermé non seulement lorsqu'il se produit un courant différentiel, mais aussi en cas de défaillance quelconque du transformateur 1, du générateur 6 ou du relais 27, 28 ou encore dans les conducteurs de connexion, de sorte que de tels défauts se révèlent automatiquement. Pour les raisons qui ont été indiquées ci-avant, le relais 33 à courant différentiel constitué par les éléments 1, 6 et 27, 28 fonctionne de façon beaucoup plus stre que les relais à courant différentiel connus jusquXà présent. L'invention n'est naturellement pas limitée au dispositif représenté. Tout d'abord, il est évident que dans le cas d'un reseau de courant alternatif monophasé, il ne swra prévu que deux enroulements de commande dans les transformateurs 1 et 1' au lieu de quatre enroulements de commande 5, 5s. L'invention permet également de construire des interrupteurs SI pour circuits de courant continu, étant donné que les enroulements de commande peuvent être alimentés aussi bien par courant alternatif que par courant continu. Dans le cas-de réseau à curant continu, le circuit de compensation que montre la fig. 2 est inutile. Mais il est également possible d'utiliser des dispositifs analogues lorsqu'il ne s'agit pas, lorsque se se manifeste une différence entre les courants allant et venant antre les circuits normaux de l'installation surveillée ou contrôlées de déconnecter un ou plusieurs appareils alimentés, mais simplement de signaler la présence d'une telle différence.Par exemple, au lieu de ltin- terrupteur 8, il est possible de prévoir un dispositif de signalisation (par exemple une lampe-témoin ou une corne d'alarme ou un organe analogue) auquel cas aucun contacteur/c mmande équipé d'un relais de déclenchement n'est nécessaire pour actionner un tel appareil signalisateur. Une lampe-témoin peut être, par exemple, reliée simplement à lXenroulement secondaire 4 ou aux enroulements secondaires 4 et M , au lieu d'un relais de déclenchement 12.Lorsque la lampe ou le transformateur 111 est plus parcouru par le courant de repos secondaire, elle s'éteint et signale ainsi ltappa~ rition d'une différence de courant. I1 va de soi que le dispositif de centrale peut également actionner un organe de signalisation ou aussi un organe de commande, cet organe n' entrant éventuellement en action que dans le cas d'une différence de courant assez grande supérieure à celle provoquant l' entrée en action de l'organe de signalisation A cet effet, il est possible de prévoir par exemple sur le noyau magnétique du transformateur deux enroulements secondaires à nombres de spires différents dont lrun alimente une lampe à incandescence, et l'autre un relais de déclenchement en courant de maintien. Les possibilités d'utilisation de tels dispositifs de con telle sont très nombreuses, étant donné que beaucoup de taches se présentant en pratique, par exemple le réglage d'un niveau ou le dispositif de sécurité contre le débordement d'installa- tions dalimentation en eau ou encore des usines chimiques ou les dispositifs de sécurité pour chemins de fer ou avions, les dispositifs de protection contre l'emballement de moteurs, le contrtle de la tension de générateurs-moteurs, en position de marche à vide,la protection de moteurs à courant continu ou à courant alternatif, etc, peuvent être ramenées au contrôle de différence de courant dans une installation électrique , la dif- férence de courant à contrôler pouvant titre également définie par rapport à un courant de référence. Les détails de réalisation peuvent étre modifiés sans sté- carter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour contrôler les différences de courant dans une installation électrique, comportant au moins un transformateur dont le noyau magnétique porte deux ou plusieurs enrou le mente à travers lesquels passent les courants dont la différence doit être contrôlée, et portant au moins un enroulement secondaire commandant un organe de contrôle destiné à émettre un courant qui est fonction d1une telle différence, caractérisé en ce que le noyau magnétique (2, 2t3 du transformateur (1S1t) est constitue pr une matière ferro-magnétique à caractéristique d'hystérésis pratiquement rectangNlaire et porte un enroulement primaire (3) relié à la sortie d'un générateur à basse-fréquence (6) de telle sorte que, lorsque l'installation fonctionne normalement, un courant de maintien passe dans l'enroulement secondaire (4 > ou dans les enroulements secondaires (4,41) du transformateur (1) ou des transformateurs (1,1'), ce courant étant pratiquement interrompu en cas de saturation du noyau magnétique, lorsqu'il se produit une différence de courant critique dans les enroulements précités (5) fonctionnant comme enroulements de commande. 2. Dispositif suivant la revendication 1, constitué sous forme d'un circuit de protection PI, caractérisé en ce.que l'organe de contrôle est constitué par un relais de déclenchement (12) oom- mandant un contacteur à verrouillage (n) qui, lorsque ce relais de déclenchement entre en action à la suite drupe interruption de courant de repos, ouvre un interrupteur (8) qui déconnecte du réseau (RS!O) l'appareil (9) normalement alimenté par le courant. 3. Dispositif suivant la revendication 1, utilisable dans une installation à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il présence deux transformateurs (1,1') montés dans un circuit de compensation, et dont les enroulements secondaires (4s48) sont montés en série ou en parallèle et dont les enroulements primaires (3g3 commande (5,5') sont connectés de telle sorte que les tensions ou les courants induits dans le secondaire par les courants passant dans l' enroulement de commande, se compensent, tandis que les tensions ou les courants induits dans le secondaire par les courants passant par l' enroulement primaire s'additionnent. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce tus l'enroulement secondaire ou les enroulements secondaires (4,4') sont reliés à organe de controle-(12) par l'intermédiaire d'un amplificateur (21) 5. Dispositif suivant la revendication 1, constitué par un dispositif à circuit de protection ? caractérisé en ce que II organe de contrôle ou de surveillance est constitué par un relais (27,28) commandant un contacteur de verrouillage (25,8) servant à la mise en circuit et à la mise hors circuit d'un appareil (9). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le contacteur (23,8) est muni d'un contact de maintien (26) monté en parallèle à un interrupteur à bouton-poussoir (25) normalement ouvert, ce montage en parallèle étant disposé en série avec un interrupteur à bouton-poussoir, normalement fermé, monté dans le circuit d'alimentation du générateur (6') à bassefréquence, le relais (27,28) présentant un.contact de travail (28) monté dans le circuit d'excitation (30,25,2i 29) de l'enrou- lemit de commande (23) du contacteur à verrouillage (23,8). 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de contr8le ou de surveillance commande un dispositif de signalisation. 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lorgne de contrôle est lui-même constitué par un organe de signalisation, par exemple par une lampe-témoin. 9. Dispositif suivant la revendication li caractérisé en ce que les enroulements de commande sont parcourus par du courant alternatif ou par du courant continue