Brevet FR2090061A1 — publié le 19720114

La présente invention est relative d'une manière générale aux dispositifs de sécurité et se rapporte plus particulièrement à un dispositif électronique de sécurité perfectionné destiné à détecter la présence de signaux de fuite à la masse provenant d'un circuit 5 de charge. Comme l'emploi de divers types d'appareils électriques à usage domestique et industriel a augmenté considérablement ces dernières années, un intérêt croissant s'est porté simultanément sur les aspects de la sécurité, préalablement négligés, accompagnant l'emploi 10 de tels appareils. Par exemple, dans le domaine des soins médicaux dans les hôpitaux, les cliniques, etc, on utilise des appareils électroniques de plus en plus perfectionnés pour surveiller diverses fonctions corporelles d'un patient afin d'obtenir des données multiples permettant d'établir un diagnostic ainsi que pour libérer 15 le personnel et lui permettre de se consacrer à d'autres tâches. Dans ce cas, l'appareillage électrique peut être en contact électrique avec le patient sous surveillance pendant des périodes prolongées et souvent sans qu'un opérateur ou un infirmier soit présent. Par ailleurs, le patient peut être extrêmement affaibli en 20 raison de son âge avancé, de sa maladie, etc, et il est fréquemment inconscient tout en étant en contact avec l'appareillage électronique. Cette situation a soulevé un intérêt considérable pour la sécurité des individus en contact avec de tels appareils. D'autre part, l'accent a été mis ces dernières années sur une durée de vie 25 prolongée de ces appareils. Par suite de leur utilisation pendant des période.s prolongées, le risque d'apparition de petits défauts électriques dans ces appareils s'est accru, défauts qui n'affectent pas de façon significative leur fonctionnement et qui ne sont souvent pas décelés en raison de leur degré extrêmement élevé de cora-30 plexité et du manque de personnel expérimenté nécessaire pour les entretenir en permanence. Ainsi, l'appareillage électronique peut présenter divers défauts qui ont pour effet de produire une fuite de courant électrique à la masse. De plus, même lorsque l'appareillage no comporte pas de défauts électriques, une certaine quantité 35 de courant électrique de fuite à la masse peut néanmoins apparaître en raison d'une mauvaise conception, d'une mauvaise utilisation, de détériorations provoquées par des facteurs extérieurs, etc. Bien que divers types de dispositifs électriques de sécurité soient utilisés dans le monde entier, ils sont quelquefois totale-40 ment incapables d'assurer le degré requis de protection. A titre cqpy 71 17540 2090061 d'exemple, l'appareillage de sécurité utilisé dans les circuits de distribution électrique domestique comprend plusieurs disjoncteurs ou fusibles correspondant à un courant nominal de 15 ou 20 A. Ainsi, lorsqu'une panne grave telle qu'un court-circuit ou analogue appa-5 raît dans l'appareillage électronique alimenté par le circuit, ce qui conduit à un courant dépassant le niveau nominal, le disjoncteur est déclenché ou le fusible fond afin de couper l'alimentation. Toutefois, un tel dispositif est totalement insuffisant pour assurer la protection dans le cas d'une petite panne électrique provo-10 quant un courant de fuite à la masse d'environ plusieurs centaines de milliampères. Un tel courant peut être fréquemment désastreux pour un être humain en contact avec le circuit de masse. Un exemple d'un tel cas est celui de l'utilisation d'un appareil électrique de cuisine ou de salle de bains qui est défectueux et présente un cou-15 rant de fuite de plusieurs centaines de milliampères. Lorsque l'utilisateur est en contact avec l'appareil et se trouve sur un sol humide, il est soumis à un choc électrique risquant d'être fatal, dû au courant s'écoulant par le sol. Naturellement, un tel courant de faible niveau, bien qu'il puisse être dangereux pour un être hu-20 main, n'est pas détecté par les dispositifs de protection classiques à disjoncteurs qui sont actionnés par un courant excédant 15 ou 20 ampères environ. De même, dans le domaine des soins médicaux, un patient affaibli par une maladie cardiaque par exemple, peut être connecté à un dispositif de surveillance électronique, tel 25 qu'un appareillage électrocardiographique ou analogue. Ce type d'appareillage est normalement totalement sûr mais peut produire de petits courants de fuite dans certaines circonstances par suite d'une panne électrique, d'une mauvaise mise à la masse, etc, et produire un courant de fuite de l'ordre de 1 à 5 mA qui est extrême-30 ment difficile à détecter. L'appareillage peut être utilisé pendant une certaine durée sans qu'il se pose de problème. Toutefois, si le patient entre en contact avec le cadre métallique du lit, par exemple par une partie de son corps, tout en étant en contact avec l'appareillage défectueux, le courant de fuite peut traverser son 35 corps. Un tel courant n'est pas détecté par le type habituel d'appareillage de sécurité et peut être dangereux pour le patient affaibli en produisant un effet défavorable, éventuellement fatal, sur son coeur. L'examen du patient décédé révèle très rarement que la cause du décès est due à l'appareillage défectueux_car on suppo-ko se à tort que la maladie cardiaque pour laquelle le patient était 71 17540 3. 2090061 traité, a produit un arrêt du coeur, étant donné que les effets produits par le faible courant électrique sont similaires à ceux de certaines maladies cardiaques. On imagine facilement que l'exemple donné ci-dessus peut se répéter un grand nombre de fois sans être 5 détecté. On voit par conséquent qu'il est extrêmement important de prendre des mesures de protection contre les effets des appareils électriques défectueux. Les dispositifs actuellement disponibles permettant d'assurer une telle protection sont relativement rares, extrêmement coûteux, 10 d'utilisation peu fiable et sont fréquemment sujets à un déclenchement dû à des signaux parasites. Par ailleurs, ces dispositifs ne présentent pas toujours le degré requis de sensibilité et peuvent être relativement difficiles à installer. Par exemple, certains dispositifs de la technique antérieure de ce type ont souvent uti-15 lisé des transformateurs différentiels encombrants en combinaison avec des amplificateurs pour détecter la présence d'un courant de fuite à la masse. Ces dispositifs ont été insuffisants, notamment du point de vue des problèmes fréquents soulevés par le rapport signal/bruit élevé conduisant souvent à un déclenchement fâcheux du 20 disjoncteur du circuit de distribution. Par ailleurs, comme l'utilisation de ce dispositif était souvent peu satisfaisante, on le débranchait fréquemment après l'avoir acheté et installé en raison des inconvénients dus à son mauvais fonctionnement, même lorsque la protection assurée par un appareil de ce type était nécessaire. 25 En conséquence, l'invention a pour but de fournir : - un dispositif électronique de sécurité perfectionné; - un tel dispositif destiné à détecter la présence de courants de fuite à la masse provenant d'un circuit de charge; - un tel dispositif destiné à être couplé à un circuit à dis-30 joncteur classique afin de couper sélectivement l'alimentation d'une charge en réponse à la présence de courants de fuite, risquant d'être dangereux, qui proviennent d'un circuit de charge; - un tel dispositif pour couper sélectivement l'alimentation d'une charge en réponse à une panne apparaissant dans un circuit 35 électrique de charge provoquant la présence d'un courant de fuite à la masse, qui soit de fabrication économique, d'aspect compact et d'utilisation peu coûteuse et durable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple 4Û et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 71 17540 h. 2090061 — la Fig. 1 est un schéma de principe d'un dispositif de sécurité selon l'invention; — la Fig. 2 est un schéma électrique du dispositif représenté à la Fig. 1 ; 5 - la Fig. 3 est un graphique représentant la tension du sec teur alternative et sinusoïdale qui est appliquée au circuit de charge ; — la Fig. 4 est un graphique du courant en fonction du temps représentant un signal d'excitation électrique utilisé en combinai— 10 son avec le dispositif de l'invention; — la Fig. 5 est un graphique de la densité de flux en fonction de l'intensité du champ magnétique représentant le fonctionnement d'une partie du dispositif de l'invention; — la Fig. 6 est un schéma électrique d'une variante du dispo— 15 sitif représenté à la Fig. 2. La Fig. 1 représente un circuit de charge 10 qui est couplé à une alimentation 12 par l'intermédiaire d'un disjoncteur 14 par un premier et un second conducteurs 16 et 18 respectivement. Ces conducteurs 16 et 18 comprennent des parties adjacentes 20 et 22 res-20 pectivement qui sont situées entre le disjoncteur 14 et la charge 10. Les parties adjacentes 20, 22 sont couplées par induction à un ensemble de noyaux magnétiques saturables 24 qui détecte l'apparition de champs magnétiques produits par les parties adjacentes des conducteurs par suite de la présence de courants inégaux circulant 25 dans les parties adjacentes 20, 22 des conducteurs 16, 18. Ces courants inégaux apparaissent lorsqu'il circule un courant de fuite à la masse provenant du circuit de charge 10 qui est couplé aux conducteurs 16, 18. Un dispositif de réglage d'équilibre 26 est également couplé à l'ensemble de noyaux magnétiques saturables 24 afin 30 d'effectuer leur étalonnage initial. XI est prévu un circuit d'excitation 28 destiné à exciter sélectivement les noyaux magnétiques saturables 24 pendant des intervalles de temps prédéterminés de façon à faire apparaître un signal de tension de sortie aux bornes de sortie de l'ensemble de noyaux magnétiques saturables en réponse au 35 passage de courants inégaux dans les parties adjacentes 20, 22 des conducteurs. D'autre part, un circuit de détection de seuil 30 est couplé à la sortie de l'ensemble 24 afin de détecter la présence du signal de sortie et de produire un signal électrique qui est appliqué à un dispositif de commande 32 connecté au disjoncteur 14 afin 40 de couper sélectivement l'alimentation de la charge. 71 17540 5. 2090061 En se référant plus particulièrement à la Fig. 2 qui est un schéma électrique d'un mode de réalisation préféré de l'invention correspondant au dispositif représenté à la Fig. 1, on peut voir que la charge 10 est représentée sous la forme d'une résistance, 5 bien qu'une charge capacitive ou inductive puisse être également utilisée, qui est couplée à l'alimentation 12 par les conducteurs 16 et i8 et le disjoncteur 14. Comme représenté en détail, le conducteur 16 est connecté entre un côté de l'alimentation 12 et un côté de la résistance de charge 10 tandis que le conducteur 18 est 10 couplé au côté opposé de l'alimentation ainsi qu'au côté opposé de la charge et est également représenté couplé à la masse pour indiquer l'existence d'un trajet possible pouvant être emprunté par les courants de fuite pour aller à la masse. Un tel montage peut représenter d'une manière générale un circuit de distribution électrique 15 domestique classique par exemple, dans lequel une alimentation est couplée à une charge par deux conducteurs et un disjoncteur. Dans un tel circuit, un courant de fuite peut s'établir dans le cas d'une défaillance électrique du circuit de charge s'il n'existe pas de dispositifs de sécurité selon les principes de l'invention. 20 Comme représenté en détail à la Fig. 2, les conducteurs 16 et 18 comportent des parties adjacentes 20, 22 qui traversent l'ensemble de noyaux magnétiques saturables 24 et lui sont couplés par induction, l'ensemble 24 comportant dans le mode de réalisation représenté, un premier et un second tores 3^ et 36 respectivement. 25 Les conducteurs 16 et 18 ne sont pas couplés électriquement aux tores saturables 34, 36 mais à la résistance de charge 10, comme représenté. XI en résulte que les tores saturables peuvent être excités sélectivement, comme expliqué en détail ultérieurement, indépendamment du circuit de charge 10 afin de détecter la présence de 30 courants inégaux circulant dans les parties adjacentes 20 et 22 des conducteurs jusqu'à la résistance de charge 10, ces courants inégaux résultant de courants de fuite à la masse, éventuellement dangereux, lîrovenant du circuit de charge. En présence de courants inégaux, l'équilibre magnétique entre les tores saturables est rom-35 pu et il est fourni un signal de sortie qui a pour effet de faire fonctionner le disjoncteur 14 et de couper l'alimentation de la charge. Plus particulièrement, l'ensemble de noyaux magnétiques saturables comprend deux tores comportant des enroulements primaires 3ha 40 et 36a et des enroulements secondaires 34b et 36b bobinés respect!- bad original 71 17540 2090061 vement sur les tores, tandis que les parties adjacentes 20, 22 des conducteurs traversent généralement en leur centre chacun des tores respectifs. Ces parties adjacentes 20, 22 forment un jeu supplémentaire d'enroulements primaires pour les tores 3^, 36 en ce sens que 5 lorsque des courants électriques inégaux les traversent, elles sont destinées à agir sur l'aimantation des tores auxquels elles sont couplées par induction. Si on le désire, les enroulements secondaires peuvent comporter plus de spires que les enroulements primaires afin d'augmenter la sensibilité en tension du dispositif. Dans le 10 mode de réalisation représenté, les enroulements primaires 34a et 36a du premier et du second tores saturables sont connectés en parallèle l'un avec l'autre et sont couplés magnétiquement en opposition et en série, de sorte que des champs, magnétiques égaux et opposés peuvent apparaître dans les tores en réponse à l'excitation 15 produite par les enroulements primaires. Ainsi, en l'absence d'effets extérieurs, l'excitation des tores saturables ne produit pas de signal de sortie aux bornes des enroulements de sortie 36a et 36b du fait que les champs magnétiques produits dans chacun des tores sont de polarités opposées et d'amplitudes à peu près égales. 20 Afin d'établir l'étalonnage initial, le dispositif de réglage d'équilibre 26 qui comporte une résistance variable, est connecté entre les enroulements primaires 34a, 36a. des deux tores saturables. Par conséquent, en l'absence de défauts électriques ou de pannes analogues provoquant un déséquilibre de courant dans les parties 25 20, 22 qui affecterait l'aimantation des tores, ceux-ci peuvent être excités par le circuit d'excitation et aimantés dans une direction choisie et être ensuite commutés sélectivement et aimantés dans la direction opposée sans qu'il apparaisse de signal de sortie aux bornes des enroulements secondaires 34b et 36b, du fait que les 30 champs magnétiques variant dans le temps ont des valeurs égales et des polarités opposées. Toutefois, la circulation de courants inégaux dans les conducteurs 16, 18 due à une fuite de courant à la masse engendre un champ magnétique relativement faible qui peut être détecté par son 35 effet sur l'aimantation relativement intense des tores qui s'établit pendant la commutation rapide de leurs états magnétiques, ce qui fournit une indication de la présence de courants de fuite à la masse. De plus, une amplification substantielle de l'effet du champ magnétique faible précité est effectuée afin d'obtenir un degré re-40 lativement élevé de sensibilité de détection de la présence de bad ORIGINAL w. 71 17540 7. 2090061 courants de fuite à la masse relativement petits. Une commutation rapide et intense de l'état magnétique des tores est effectuée par le circuit d'excitation 28 qui est prévu pour, initialement, polariser magnétiquement chacun des tores dans un sens prédéterminé et 5 pour commuter ensuite rapidement le sens de l'excitation magnétique de ces tores en appliquant une impulsion pointue afin de faire commuter rapidement leur état d'aimantation dans un second sens opposé. En l'absence de charap magnétique appliqué aux tores par la présence de courants inégaux circulant dans les parties adjacentes 20, 22 10 des conducteurs 16, 18, chacun des tores est mis dans un état de saturation magnétique par l'impulsion pointue dans le même intervalle de temps. Toutefois, en présence d'un champ magnétique dû à une différence entre les courants circulant dans les parties 20, 22, chacun des tores est commuté à l'état de saturation magnétique au 15 cours de durées différentes et un signal de sortie apparaît aux bornes des enroulements secondaires 34b et 36b sous l'action du champ magnétique faible apparaissant lors de la commutation magnétique des tores. On décrit maintenant en détail le fonctionnement du circuit 20 d'excitation 28 ainsi que son effet sur les tores 34, 36, en référence aux Fig. 3 à 5 qui représentent les signaux électriques appliqués et les impulsions de sortie obtenues qui sont fournies par le circuit d'excitation 28 ainsi qu'une courbe d'aimantation type représentant l'aimantation des tores. 25 Le circuit d'excitation 28 est couplé de préférence à l'ali mentation 12 par l'intermédiaire du disjoncteur 14, comme représenté. Le circuit d'excitation comprend une diode 38 qui fournit une énergie dont une alternance est redressée, à une borne d'un condensateur de charge 4û à travers une résistance 42 qui a pour fonction 30 principale de fixer un niveau d'aimantation désiré des tores 34, 36. Bien que dans le mode de réalisation représenté on utilise une énergie dont une alternance est redressée, on peut utiliser, si on le désire, un pont redresseur à double alternance à la place de la diode 38 afin de fournir au condensateur de charge 40 une énergie 35 entièrement redressée. L'autre borne du condensateur de charge 40 est couplée à l'ensemble de noyaux magnétiques saturables 24, comme représenté. A ce propos, le condensateur 40 est connecté aux enroulements primaires 34a et 36a branchés en parallèle de chacun des tores saturables respectifs 34 et 36 afin de leur appliquer des 40 signaux d'excitation. De plus, l'autre borne du condensateur est 71 17540 8" 2090061 connectée à une diode 44 et à une résistance 46 en série afin d'assurer qu'un niveau de tension prédéterminé suffisant soit établi aux bornes du condensateur 40 pour obtenir l'aimantation désirée des tores. La décharge du condensateur qui applique une impulsion 5 électrique de haute énergie aux enroulements primaires j4a, 36a., afin d'aimanter les tores, est commandée par un premier commutateur 48 sélectivement déclenchable comportant une électrode de commande 50. Le commutateur 48 est connecté aux bornes du condensateur, comme représenté, pour produire sa décharge lorsque le niveau prédé-10 terminé de la tension a été établi aux bornes de celui-ci. Le commutateur 48 est constitué de préférence par un redresseur commandé au silicium dont l'électrode de commande 50 est couplée à une résistance 52 prévue afin d'obtenir une meilleure stabilité en température. L'électrode de commande 50 est également couplée à un dispositif à 15 seuil de tension de référence 54 qui interdit le déclenchement du redresseur commandé au silicium 48 tant que le niveau prédéterminé de tension n'a pas été établi sur le condensateur 40. A cet égard, le dispositif 54 est constitué de préférence par un transistor sans base, appelé couramment diac, qui est connecté entre le condensa-20 teur 40 et l'électrode de commande 50 du redresseur commandé au silicium, comme représenté. Le diac 54 reste non conducteur jusqu'à ce que son seuil de tension soit dépassé, ce qui dans le mode de réalisation représenté est effectué en réponse à l'établissement du niveau de tension prédéterminé sur le condensateur 40, de sorte que 25 le diac est déclenché et fournit un signal de tension de niveau constant à l'électrode de commande 50 pour rendre le redresseur commandé au silicium 48 conducteur. Pendant le fonctionnement du circuit d'excitation 28, le signal de tension du secteur est appliqué initialement à la diode 38 30 par l'intermédiaire des disjoncteurs 14 fermés, la tension du secteur étant représentée à la Fig. 3 par un signal de tension sinusoïdal de 110 à 115 V et de 60 Hz. Naturellement, si on le désire, on peut aussi utiliser une source convenable d'énergie continue.' Il résulte du montage particulier du circuit d'excitation représenté à 35 la Fig. 2 que le courant de sortie du condensateur 40 suit initialement à peu près une courbe identique à celle représentée par la partie 5b de la courbe de la Fig. 4 qui représente le signal d'intensité variant en fonction du temps à la sortie du condensateur 40, ce signal étant ^>pliqué aux enroulements primaires 34a, 36a 40 connectés en parallèle, à mesure que le condensateur se charge. r ^ bad original 71 17540 9' 2090061 Pendant cet intervalle de temps, une charge suffisante est emmagasinée dans le condensateur 40 pour assurer que l'aimantation désirée des tores peut être obtenue, en raison de la présence de la diode 44 et de la résistance 46 et également de la non conduction 5 du redresseur commandé au silicium 48 qui est maintenu initialement non conducteur par le diac 54. Par conséquent, Tin signal initial d'excitation de polarisation est appliqué aux enroulements primaires 34a et 36a conformément à la partie de la courbe 56 représentée à la Fig. 4. De façon correspondante, l'application de ce signal aux 10 enroulements primaires 34a et 36a a pour effet qu'un courant suffisant circule dans les enroulements primaires pour que les tores associés soient aimantés dans une première direction prédéterminée, tandis que le niveau de tension requis s'établit aux bornes du condensateur 40. Plus particulièrement, en se référant à la Fig. 5i 15 qui représente la courbe d1 aimantation d'un tore saturable en ferrite type, tel que les tores saturables 34, 36, on peut voir que les deux tores sont initialement à un état rémanent représenté par le point a.j , b^ de la courbe d'aimantation. Toutefois, lorsque le signal représenté par la partie 56 est 20 appliqué aux tores connectés en parallèle, l'aimantation de ces tores suit la courbe d'aimantation jusqu'à un point a^ pour le tore 34 et un point b^ pour le tore 36, à titre d'exemple. A titre d'illustration, les points a^ et b^ sont indiqués en différents points de la courbe d'aimantation afin de représenter la différence d'ai-25 mantation de chacun des tores 34 et 36, due aux passages de courants inégaux dans les parties adjacentes 20 et 22 des conducteurs 16 et 18 par suite de la présence d'un courant de fuite à la masse. A cet égard, lorsqu'aucun courant de fuite à la masse n'est pas présent et lorsque des courants égaux circulent dans les conduc-30 teurs 16 et 18, les points a^ et b^ sont situés à des emplacements identiques de la courbe d'aimantation bien que, à des fins d'illustration, on suppose qu'un courant de fuite est présent et qu'il agit sur l'aimantation des tores de sorte que les points a^ et b^ ne sont pas situés au même endroit mais dans des régions différen-35 tes de la courbe d'aimantation. Lorsque la tension établie sur le condensateur 40 se rapproche du niveau prédéterminé requis, la tension appliquée au diac 54 atteint le seuil de celui-ci, ce qui le déclenche et provoque l'application d'un signal à l'électrode de commande 50 du redresseur commandé au silicium 48, qui est suffi-40 sant pour rendre ce dernier conducteur. XI en résulte la formation e.AD original 71 17540 10. 2090061 d'un parcours de décharge pour le condensateur 40 passant par le circuit anode-cathode du redresseur commandé au silicium et produisant l'établissement d'une impulsion de courant d'amplitude élevée, pointue et de polarité opposée à partir du signal de polarisation 5 initial, telle que celle représentée par la partie 58 de la courbe de la Fig. 4. Cette impulsion est appliquée aux enroulements respectifs d'entrée 34a, 36a connectés en parallèle. XI résulte de l'application de cette impulsion de haute énergie que les tores 34 et 36 sont portés rapidement à l'état de saturation magnétique dans 10 une seconde direction prédéterminée qui est opposée à la direction initiale, l'aimantation de chacun des tores pour un certain intervalle de temps commun étant désignée par les points a^, b^ de la courbe d'aimantation (Fig. 5). Dans l'exemple représenté, comme chacun des tores est porté à l'état de saturation à partir d'un 15 point différent de la courbe d'aimantation, il faut une durée différente à chacun des tores pour atteindre la saturation. De même, on peut noter que dans certaines circonstances, lorsque les tores sont portés de cette manière à la saturation à partir de points communs, les intervalles de temps nécessaires à chaque tore pour 20 atteindre la saturation sont naturellement essentiellement identiques. Toutefois, dans l'exemple représenté pour lequel on suppose que des courants inégaux circulent dans les parties 20, 22, de sorte que les tores sont polarisés initialement de façon différente en raison de l'effet du champ magnétique faible produit par la circu-25 lation de courants différents avant qu'ils soient portés à la saturation par l'impulsion 58, il faut un intervalle de temps prédéterminé différent pour que chaque tore soit porté à la saturation. En conséquence, un niveau de flux magnétique différent est commuté dans chacun des tores respectifs, compte tenu des niveaux de pola-30 risation initiaux différents et des intervalles de temps différents nécessaires pour atteindre la saturation magnétique. Par conséquent, un signal de tension est engendré aux bornes des enroulements de sortie 34b et 36b des tores respectifs. Lorsque le courant de sortie du condensateur revient vers zéro, comme représenté par la par-35 tie 60 de la courbe de la Fig. 4, l'aimantation de chacun des tores revient à nouveau à l'état rémanent initial d'aimantation a^, b^ de la Fig. 5. On peut voir ainsi que le circuit d'excitation 28 assure une commutation rapide des états magnétiques de chacun des tores 34 et 36 et constitue un moyen extrêmement sensible pour détecter une 40 inégalité entre les courants circulant dans les parties adjacentes r 0»€£8GîNAL 71 17540 2090061 20, 22 des conducteurs it» et 18 (par suite du courant de fuite à la masse), comme indiqué par l'effet du champ magnétique produit par cette inégalité entre les courants sur la commutation magnétique. On notera également que bien que la description précédente ait été 5 basée sur un mode de fonctionnement dans lequel les tores sont polarisés initialement dans un sens et sont ensuite saturés brusquement dans un sens opposé, si on le désire, les tores peuvent être saturés magnétiquement rapidement dans le même sens que celui de la polarisation initiale, tout en obtenant le résultat similaire dési-10 ré de détection de l'effet de la commutation provoquée par les courants de fuite. Afin de détecter la présence d'un signal de sortie aux bornes des enroulements secondaires 34b, 36b des tores 34, 36, le circuit de détection 30 est connecté à la sortie des enroulements secondai-15 res 34b, 36b comme représenté. A cet effet, le circuit détecteur de tension 30 comprend un second dispositif de commutation 62 pouvant être excité sélectivement et qui est connecté à la sortie des enroulements secondaires 34b et 36b et est sensibile à la présence d'un signal de tension de sortie sur ses enroulements. Le dispositif 20 de commutation 62 est tel qu'il est normalement non conducteur en l'absence de signal de sortie apparaissant aux bornes des enroulements secondaires 34b et 36b. Par conséquent, en l'absence de courants inégaux circulant dans les parties adjacentes 20, 22, le commutateur 62 reste non conducteur tandis qu'il est rendu conducteur 25 par la présence d'un signal de tension de sortie prédéterminé sur les enroulements secondaires. Le second dispositif de commutation 62 est constitué de préférence par un redresseur commandé au silicium dont le trajet électrode de commande-cathode est connecté à la sortie des enroulements secondaires 34b, 36b comme représenté. De 30 plus, l'électrode de commande du redresseur commandé au silicium 62 est couplée à une résistance 64 et à un condensateur 66 connectés en série qui constituent un circuit de filtrage afin d'empêcher un déclenchement dû à des parasites du circuit 30. En présence d'un courant de fuite à la masse faisant circuler des courants inégaux 35 dans les parties adjacentes 20 et 22, ce qui fait apparaître un niveau de tension prédéterminé à la sortie des enroulements secondaires, un sifirnal suffisant est établi sur la résistance 64 et est appliqué à l'électrode de commande du redresseur commandé au silicium o2 pour le déclencher. Il résulte du déclenchement ou de l'amorçage 40 du redresseur commandé au silicium 62 qu'il est fourni un signal ORiGitiAL / 71 17540 2. 2090061 pouvant être utilisé pour indiquer la présence d'un courant de fuite à la masse et/ou pour assurer la protection contre les effets d'un tel courant de fuite, en agissant par exemple sur le disjonc-t eur 1 4. 5 Plus particulièrement, dans le mode de réalisation représenté, la commande 32 du fonctionnement du disjoncteur 14 est constituée de préférence par une bobine de relais pouvant être excitée sélectivement qui est couplée entre l'alimentation 12 et le trajet anode -cathode du redresseur commandé au silicium 62, de sorte que la 10 conduction ou l'amorçage de ce dernier excite la bobine de relais 32. De plus, le disjoncteur 14 est représenté comme comportant deux contacts de relais 68 et 70 connectés à la bobine 32 et destinés à être ouverts en réponse à l'excitation de celle-ci lorsque le redresseur commandé au silicium 62 est amorcé. Ainsi, il résulte de 15 l'établissement d'un signal de sortie sur les enroulements secondaires 34b et 36b que le redresseur commandé au silicium 62 est rendu conducteur, ce qui excite la bobine de relais 32, ouvre les contacts 68 et 70 et interrompt donc l'alimentation de la charge afin d'assurer la protection requise. 20 En choisissant convenablement les valeurs des composants de l'appareil, il est possible d'obtenir une sensibilité de fonctionnement appartenant à une gamme désirée. Par exemple, il est généralement avantageux d'assurer le déclenchement du disjoncteur en réponse à un courant de fuite à la masse de l'ordre de 5 mA ou plus du 25 fait qu'un tel courant est suffisant, dans certains cas, pour être dangereux. Si on le désire, le point de déclenchement du circuit peut être réglé de façon sélective en faisant varier le réglage de la commande d'équilibre 2o tandis que la sensibilité de l'appareil dépend en partie des propriétés des tores choisis. A cet égard, il 30 est généralement souhaitable d'utiliser des tores ayant une courbe d'hystérésis quasi-rectangulaire afin d'obtenir un degré relativement élevé de sensibilité. Divers types de tores à noyau de ferrite ou à noyau constitué par des bandes métalliques ont été utilisés avec succès à cet effet. De plus, il est apparu avantageux dans 35 certains cas d'utiliser des tores comportant des enroulements à spires multiples avec un rapport entre les spires du primaire et du secondaire égal à l'unité, les deux tores 34, 36 ayant le même nombre de spires. De plus, dans certains cas, il est apparu avantageux d'empêcher le déclenchement des disjoncteurs par des signaux para-40 sites résultant du passage de signaux d'intensité relativement r bad original 71 17540 13' 2090061 grands dans les conducteurs 16, 18 en bobinant ou en tordant les conducteurs sur eux-mêmes, cette configuration assurant l'annulation pratiquement automatique des champs magnétiques engendrés par ces signaux parasites. 5 Bien que dans le dispositif représenté à la Fig. 2, les bobi nages respectifs de chacun des tores soient représentés connectés l'un à l'autre en parallèle, il peut être avantageux dans certains cas de fournir un appareil similaire dans lequel les enroulements respectifs sont connectés en série. Une variante correspondant à un 10 tel montage est représenté à la Fig. 6. Un tel appareil est particulièrement avantageux lorsqu'on dispose pour les tores d'un matériau présentant une courbe d'hystérésis relativement carrée afin d'obtenir un fonctionnement efficace. En se référant maintenant en détail au mode de réalisation re-15 présenté à la Fig. 6 dans laquelle les parties correspondantes portent les mêmes références qu'à la Fig. 2, on peut voir que la charge 10 est couplée à l'alimentation 12 par l'intermédiaire du disjoncteur 14• De plus, le premier et le second conducteurs 16 et 18 sont couplés entre l'alimentation et la charge tandis que les par-20 ties adjacentes 20 et 22 situées entre l'alimentation et la charge traversent généralement le premier et le second tores saturables 72 et 1/k respectivement en leur centre et leur sont couplés par induction. Chacun des tores 72 et 74 comprend un enroulement primaire 72a, 7^a et un enroulement secondaire 72b et 74b respectivement. 25 Les enroulements primaires 72a et 74a sont connectés en série, les enroulements secondaires 72jb et 74b étant de même connectés en série, comme représenté. Par ailleurs, un circuit d'excitation 76 est connecté entre l'alimentation 12 et les tores saturables 72 et 74 pour les exciter de la même manière que le circuit d'excitation 30 28 mais le circuit d'excitation 76 étant quelque peu modifié en raison de la connexion en série des tores. Toutefois, le fonctionnement du circuit d'excitation 76 est tout à fait similaire à celui du circuit d'excitation 28 et, de même, destiné h fournir Line impulsion de sortie telle que celle représentée à la Fig. 4. Le cir-35 cuit d'excitation 76 comporte également une diode rodresseuse à tine alternance 38 qui est couplée au condensateur de charge 40 par une résistance 42 qui favorise l'établissement du niveau requis d'aimantation des tores 72, 74. Le circuit d'excitation 76 comporte également un redresseur commandé au silicium 48 dont l'électrode de 40 commande 50 est couplée entre la résistance 52 qui contribue à ac- bad original 71 17540 14. 2090061 croître la stabilité en température du redresseur commandé -'+8, ainsi qu'un dispositif de détection à seuil de tension 54 qui comprend de même de préférence un diac. De plus, une résistance 78 est connectée de préférence aux bornes du condensateur 40, comme représen-5 té, pour réduire à une valeur minimale les effets d'une variation éventuelle de la tension de sortie engendrée par l'alimentation 12. La commande d'équilibre 26 qui comprend de nouveau une résistance variable est connectée entre les enroulements primaires 72a et 74a. connectés en série ainsi qu'à la jonction entre la résistance 42 et 10 le condensateur 40. De plus, une résistance chutrice 80 est également prévue entre les enroulements primaires 72a et 74a afin de faciliter l'équilibrage des tores au cours de l'étalonnage initial. Le circuit détecteur de tension 30 est également destiné à détecter la présence des signaux de tension de sortie engendrés aux 15 bornes des enroulements secondaires 72b et 74b par suite du passage de courants inégaux dans les parties adjacentes 20, 22 des conducteurs 16, 18. Le circuit de détection de tension 30 comprend le second commutateur 62 pouvant être excité sélectivement qui comprend, de préférence, un redresseur commandé au silicium, comme expliqué 20 précédemment en relation à la Fig. 2. Si on le désire, la résistance 64 et le condensateur 66 connectés en série peuvent être couplés à l'électrode de commande du redresseur commandé au silicium 62 et ils fonctionnent alors comme un filtre pour empêcher le déclenchement par des transitoires ou des signaux parasites, bien qu'il ex-25 iste divers autres dispositifs permettant d'empêcher le déclenchement par les signaux parasites. De plus, une résistance d'amortissement 82 est connectée aux bornes de la connexion série des enroulements secondaires 72b, 74lb afin d'assurer qu'il est produit une impulsion de sortie de durée suffisante pour amorcer le redresseur 30 62. La conduction ou l'amorçage du redresseur commandé au silicium 62 permet également de faire fonctionner le disjoncteur 14 comme décrit pour le mode de réalisation représenté à la Fig. 2. A cet effet, l'anode du redresseur 62 est couplée à la bobine de relais 35 32 sélectivement excitable par l'intermédiaire d'une résistance chutrice 84, tandis que la bobine est connectée à des contacts de relais 68 et 7° qui sont ouverts en réponse à son excitation afin de couper l'alimentation de la charge 10c Le fonctionnement du mode de réalisation représenté à la Fig.6 40 est essentiellement identique à celui du mode de réalisation repré- r bad qriqihne 71 17540 15. 2090061 sente à la Figc 2 en ce sens que le circuit d'excitation 76 applique un signal de polarisation initial aux enroulements primaires 72a et ?4a des tores 72 et 74 afin de leur appliquer des polarisations magnétiques initiales dans un même sens. Le circuit d'excita— 5 tion applique de même une impulsion de haute énergie (comme indiqué par la partie 58 de la courbe de tension de la Fig. 4) afin de saturer brusquement les tores dans le sens opposé. En l'absence de champ magnétique dû au passage de courants inégaux dans les parties adjacentes 20 et 22, les tores 72 et 74 sont portés à la saturation 10 à peu près dans le même temps de sorte qu'aucun signal de sortie n'est engendré aux bornes de la résistance de détection 82 qui est détectée aux enroulements secondaires 72b et 74b et le redresseur 62 reste non conducteur. Toutefois, en présence d'ion courant de fuite à la masse, il est engendré un champ magnétique qui agit sur 15 l'aimantation des tores de telle sorte que chacun de ceux—ci est porté à la saturation en une durée différente, ce qui a pour effet de produire un signal de tension sur les enroulements secondaires 72b et 74b connectés en série, comme expliqué précédemment. Ce signal de tension est également engendré aux bornes de la résistance 20 de détection 82 et est appliqué à l'électrode de commande du redresseur commandé au silicium 62 afin de le rendre conducteur, ce qui excite la bobine de relais 32 et ouvre les contacts 68 et 70 afin de couper l'alimentation de la charge 10. On notera que les modes de réalisation décrits ci-dessus, bien 25 que concernant un dispositif de sécurité destiné à assurer la protection dans le cas de signaux alternatifs, sont également applicables pour des signaux continus, auquel cas une inégalité entre un signal continu d'entrée et un signal continu de retour, due à la présence d'un courant de fuite, peut être détectée de la même ma-30 nière par son effet sur l'aimantation d'un ensemble de noyaux magnétiques saturables similaires, comme décrit dans les modes de réalisation précédents. Par conséquent, il a été décrit un dispositif électronique de sécurité dans lequel la présence de courants de fuite à la masse >1 extrêmement petits et éventuellement dangereux, qui ne sont pas détectés ordinairement par les ajipareils de protection classiques, sont détectés par un dispositif extrêmement sensible qui est destiné à couper l'alimentation d'une charge en présence de tels courants de fuite. u 71 17540 2090061 - IŒ) VTjaDICATIOXS . - 1 - Dispositif électronique de sécurité destiné à détecter la présence d'un défaut électrique produisant une fuite de courant entre un circuit de charge et la niasse, caractérisé en ce qu'il coni- 5 prend un dispositif pour coupler le circuit de charge à une alimentation comprenant des premier et second conducteurs dont l'un est couplé à la masse pour former un parcours pour les courants de fuite allant du circuit de charge à la masse, un ensemble de noyaux magnétiques saturables et pouvant être excités sélectivement, qui 10 est couplé à l'alimentation et qui est couplé par induction à des parties adjacentes des premier et second conducteurs situées entre le circuit de charge et l'alimentation, un dispositif pour exciter l'ensemble de noyaux magnétiques saturables afin d'établir des champs magnétiques prédéterminés qui sont à peu près égaux pendant 15 le passage de courants essentiellement égaux dans lesdites parties adjacentes et qui sont affectés par le passage de courants inégaux dans celles-ci, un dispositif pour produire un signal électrique en réponse à l'effet exercé sur les champs magnétiques, et un dispositif pour détecter la présence du signal électrique comme consti-20 tuant une indication de la présence d'un courant de fuite allant du circuit de charge à la masse. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de noyaux magnétiques saturables comprend des premiers et second tores saturables qui sont couplés électriquement l'un à 1'- 25 autre de telle sorte que les champs magnétiques prédéterminés sont de polarités opposées et d'intensités essentiellement égales pendant le passage de couraniS à peu près égaux dans les parties adjacentes des premier et second conducteurs et que des champs magnétiques de polarités opposées et d'intensités inégales sont établis en 30 réponse à l'excitation par le dispositif d'excitation pendant le passage de courants inégaux dans les parties adjacentes des premier et second conducteurs. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'excitation est destiné à établir une polarisation 35 magnétique initiale dans les premier et second tores saturables et pour appliquer ensuite une impulsion électrique portant le premier tore saturable à la saturation magnétique en un premier intervalle de temps prédéterminé et le second tore saturable à l'état magnétique en un second intervalle de temps prédéterminé, les premier et kO second intervalles de temps prédéterminés étant essentiellement - bad original 71 17540 ,7' 2090061 égaux au cours du passage de courants à peu près égaux dans les parties adjacentes des premier et second conducteurs et étant inégaux pour le passage de courants inégaux dans les parties adjacentes des premier et second conducteurs afin de produire un signal 5 électrique dont l'amplitude dépend de la différence entre les intervalles de temps. 4 - Dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce que les parties adjacentes des premier et second conducteurs sont torsadées l'une sur l'autre afin de réduire à une valeur minimale les 10 effets des signaux électriques parasites. 5 - Dispositif selon la revendication 3» caractérisé en ce que le circuit d'excitation comprend un dispositif destiné à fournir de l'énergie électrique alternative dont une alternance est redressée, un condensateur d'emmagasinage couplé entre le dispositif fournis- 15 sant l'énergie alternative redressée et les tores saturables et un dispositif de commutation sélectivement déclenchable ayant une électrode de commande et étant couplé au condensateur pour produire une décharge relativement rapide de celui-ci afin d'obtenir une impulsion d'énergie relativement élevée pour exciter les premier et 20 second tores saturables. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de commutation comprend un redresseur commandé au silicium et en ce qu'il est fourni un dispositif de seuil de tension qui est couplé entre le condensateur et l'électrode de comman- 25 de pour que le redresseur commandé au silicium s'amorce en réponse à l'apparition d'un niveau de tension prédéterminé sur le condensateur et qu'un parcours de décharge pour le condensateur soit défini, passant par le redresseur commandé au silicium afin de produire ladite impulsion de haute énergie. 30 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de détection comprend un circuit commutateur sélectivement excitable qui est couplé à la sortie des premier et second tores saturables et qui est destiné à être rendu conducteur en réponse à la présence dudit signal électrique. 35 S - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit commutateur comprend un dispositif pour filtrer sélectivement le signal électrique avant d'être conducteur. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un disjoncteur pouvant être actionné sélectivement est couplé au 40 circuit commutateur afin de couper sélectivement l'alimentation des £AD ORIGINAL 71 17540 1 2090061 premier et second conducteurs en réponse à la conduction du circuit de commutation. 10 - Dispositif électronique de sécurité destiné à couper sélectivement l'alimentation d'un circuit de charge en réponse à la 5 présence d'un courant électrique de fuite à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour coupler le circuit de charge à une source d'énergie électrique, le dispositif de couplage comprenant deux conducteurs électriques dont l'un peut être couplé à la masse pour définir un parcours pour les courants de fuite à la 10 masse, des premier et second tores pouvant être excités sélectivement et couplés électriquement à la source d'énergie et couplés par induction aux parties adjacentes des deux conducteurs électriques entre la charge et la source d'énergie, un circuit d'excitation connecté entre la source .d'énergie et les tores saturables afin d'-15 exciter sélectivement le premier tore en un premier intervalle de temps prédéterminé et le second tore en un second intervalle de temps prédéterminé pendant le passage de courants inégaux dans les parties adjacentes des deux conducteurs électriques, un dispositif pour détecter un signal de tension de sortie apparaissant aux bor-20 nés des tores saturables en réponse à la présence d'une différence entre les premier et second intervalles de temps prédéterminés qui constitue une indication de la circulation de courants de fuite à la masse, et un disjoncteur pouvant être actionné sélectivement et qui est couplé au dispositif détecteur afin de couper l'alimenta-25 tion de circuit de charge en réponse à la présence du signal de tension de sortie. 11 - Dispositif électronique de sécurité destiné à couper sélectivement l'alimentation d'un circuit de charge en réponse à la présence d'un courant électrique de fuite à la masse, caractérisé 30 en ce qu'il comprend un dispositif pour coupler le circuit de charge à une source d'énergie électrique, dispositif qui comprend deux conducteurs électriques dont l'un peut être couplé à la masse pour former un parcours pour les courants de fuite entre la charge et la masse, des premier et second tores saturables et sélectivement ex-35 citables qui sont couplés électriquement à la source d'énergie et par induction à des parties adjacentes des conducteurs électriques situées entre la charge et la source d'énergie, un circuit d'excitation connecté entre la source d'énergie et les premier et second tores saturables afin de polariser magnétiquement initialement cha-40 cun des tores dans un premier sens, les tores saturables étant des- r bad original 71 17540 '9" 2090061 tinés à être initialement polarisés magnétiquement de façon différentielle en réponse au passage de courants électriques inégaux dans les parties adjacentes des conducteurs, et pour ultérieurement saturer magnétiquement les premier et second tores dans un second 3 sens au cours d'un premier et d'un second intervalles de temps prédéterminés respectivement, les premier et second intervalles de temps étant inégaux en réponse à une polarisation magnétique différentielle initiale de sorte qu'un signal électrique de sortie est établi sur les tores saturables, un dispositif sensible au signal 10 électrique de sortie couplé aux tores saturables afin de produire un signal de déclenchement en réponse au signal électrique de sortie, et un disjoncteur pouvant être actionné sélectivement pour couper l'alimentation de la charge en réponse à la présence du signal de déclenchement. 15 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premier et second tores saturables comportent un enroulement primaire et un enroulement secondaire, les enroulements primaires étant couplés électriquement au circuit d'excitation, les enroulements secondaires étant connectés aux dispositifs sensibles 20 au signal électrique de sortie et les parties adjacentes des deux conducteurs traversant les tores en leur centre et étant destinées à agir sur leurs aimantations. 13 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit d'excitation comprend un dispositif pour fournir de 25 l'énergie alternative redressée, un condensateur d'emmagasinage de tension qui est connecté entre le dispositif fournissant l'énergie alternative redressée et les enroulements primaires des tores, un dispositil' couplé au condensateur pour assurer l'emmagasinage d'une tension prédéterminée, un commutateur pouvant être déclenché sélec-30 tivement qui comporte mie électrode de commande et qui est couplé au condensateur et un disxaositif de détection de seuil de tension couplé à l'électrode de commande et au condensateur pour déclencher le commutateur en réponse à l'établissement du niveau de tension prédéterminée sur le condensateur afin de définir un parcours de 15 décharge pour ce condensateur passant par le commutateur, de sorte cme les tores sont initialement polarisés magnétiquement dans un premier sens pendant la période de non conduction du commutateur et sont portés brusquement à l'état de saturation magnétique dans le second sens en réponse au déclenchement du commutateur. 40 _ Dispositif selon la revendication 13» caractérisé en ce bad original, 71 17540 20. 2090061 que le commutateur comprend un premier redresseur commandé au silicium, en ce que le dispositif sensible au signal électrique de sortie comprend un second redresseur commandé au silicium dont le trajet électrode de commande-cathode est couplé aux bornes des enrou-5 lements secondaires, de sorte que l'établissement du signal électrique de sortie sur ces enroulements secondaires amorce le second redresseur afin de fournir ledit signal de déclenchement, et en ce que le disjoncteur pouvant être actionné sélectivement comprend une bobine de relais destinée à être excitée sélectivement par les si-0 gnaux de déclenchement et associée à deux contacts qui sont connectés entre la source d'énergie et la charge pour couper l'alimentation de cette dernière en réponse à l'excitation de la bobine de relais. r~ bad original