Brevet FR2191319A1 — publié le 19740201

L'invention concerne un dispositif temporisé de protection différentielle à commande électronique, destiné à commander un disjoncteur, ledit dispositif étant disposé en amont d'une ligne alimentant en courant alternatif des appareils protégés individuellement contre des défauts d'isolement par rapport à la terre au moyen de relais différentiels à faible temps de réponse, ce dispositif comportant entre autres une source de tension à courant continu, un transformateur de mesure, unechaene d'amplification, un circuit de redressement du courant de défaut et un relais électro-magnétique à courant continu commandé par un montage à effet de seuil et de tension de déclenchement connu sous le nom de "bascule monostable". On sait que les ramifications d'un réseau de distribution élec trique sont protégées de façon sélective, 1est-à-dire qu'en prin- cipe un déclenchement intervenant en un point quelconque du réseau reste sans effet sur le disjoncteur situé immédiatement en amont, ceci dans le but de limiter l'interruption de courant au seul élé- ment du réseau présentant une anomalie ; cette action sélective est réalisée en agissant tout à la fois sur le niveau de déclenche~ ment et le temps de réponse des dispositifs de commande des disjoncteurs. On observe toutefois, pour les dispositifs connus, que le temps de réponse dépend fortement de la surcharge appliquée à entrée et que, si le déclenchement se produit avec le retard voulu pour'une surcharge modérée, ledit déclenchement peut intervenir quasi instantanément et de façon intempestive, pour une surcharge importante d'une durée pourtant inférieure au temps de réponse théorique du dispositif. En outre, les dispositifs connus présentent généralement un effet de "mémoire" qui provoque également des déclenchements intempestifs lorsqu'ils sont soumis à des salves rapprochées de signaux parasites de durées unitaires pourtant inférieures à la temporisation prédéterminée. Un des buts de la présente invention est la réalisation d'un dispositif temporisé de protection différentielle dont le temps de réponse est pratiquement indépendant de la surcharge appliquée à l'entrée. Selon l'invention, le dispositif temporisé de protection différentielle à commande électronique, destiné à commander un dis joncteur, ledit dispositif étant disposé en amont d'une ligne alimentant en courant alternatif des appareils protégés individuellement contre des défauts d'isolement parrapport à la terre au moyen de relais différentiels à faible temps de réponse, ce dispositif comportant entre autres une source de tension à courant continu, un transformateur de mesure, une channe d'amplifi- cation, un circuit de redressement du courant de défaut et un relais électro-magnétique commandé par un montage à effet de seuil et de déclenchement connu sous le nom de'bascule monostable,' est notamment remarquable en ce qu'une borne de sortie d'une se -conde bascule monostable est reliée à la borne d'entrée du circuit temporisateur de la bascule de commande du relais électro magnétique,-ltélément résistif dudit circuit temporisateur étant shunté par une diode semiconductrice. Avantageusement, la chalne d1amplification précédant la seconde bascule mono stable comporte un amplificateur redresseur dont une borne d'entrée active est constituée par des électrodes de polarités opposées de deux diodes semiconductrices dont les deux autres électrodes sont reliées respectivement à deux bornes d'entrées équilibrées d'un amplificateur différentiel. La combinaison de deux diodes et d'un amplificateur différent tiel à seuil assure un redressement parfaitement symétrique des deux alternances de polarités opposées du signal de commande à 50 Hz dépassant.le seuil d'action prédéterminé du dispositif, tandis que la présence dtune seconde bascule, temporisée pour une durée inférieure à celle d'une période du secteur et précédant la bascule de commande du relais électro-magnétique, interdit le collage de ce dernier pour des signaux brefs ou des parasites de durée inférieure à celle de la temporisation totale du dispositif; en outre, la présence d'une diode de décharge rapide en parallèle sur l'élément résistif du circuit de temporisation principal interdit le collage intempestif du relais pour des signaux parasites se succédant rapidement. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente le schéma synoptique du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente le schéma de pincipe du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1, une borne d'entrée 1 de signal de commande est reliée à une borne d'entrée 2 d'un amplificateur 3 dont la sortie est réunie à une borne d'entrée 4 d'un circuit de liaison constitué par deux diodes 5 et 6 dont deux électrodes de polarités opposées sont reliées. Les deux autres électrodes des diodes 5 et 6 sont respectivement connectées à deux bornes d'entrée 7 et 8 d'un amplificateur différentiel à seuil 9 dont la sortie est réunie à une borne d'entrée 10 d'un amplificateur-adaptateur 11, la sortie de ce dernier étant reliée à une borne d'entrée 12 d'un premier réseau à constante de temps 13. La sortie du circuit à constante de temps 13 est réunie à une borne d'entrée 14 dtune première bascule monostable 15 dont la sortie est reliée à une borne d'entrée 16 d'un second réseau à constante de temps 17, la sortie de ce dernier étant connectée à une borne d'entrée 18 d'une seconde bascule monostable 19 comman- dant un relais à courant continu 20. Le fonctionnement du montage synoptique de la figure 1 est le suivant : -le signal à 50 Hz présent à la borne 1 lors de l'existence d'un défaut d'isoiagent à la terre est tout d'abord amplifié par l'amplificateur 3 puis redressé en double alternance au-delà d'un seuil déterminé par l'amplificateur différentiel 9~ dont les entrées 7 et 8 sont attaquées par des demi-ondes de pola rités inverses, le signal redressé à 100 Hz au-delà du seuil étant à son tour amplifié et calé par rapport à un niveau de référence au moyen de l'amplificateur 11. La bascule mono stable 15 est commandée à travers le réseau à cpnstante de temps 13 avec un retard tl à la durée d'une demipériode du réseau, en l'oceurence environ trois millisecondes et reste en cet état pendant un temps inférieur à la durée d'une période complète, soit environ quinze millisecondes, en cas de disparition du signal d'attaque. La seconde bascule monostable 19 est attaquée à travers le second réseau à constante de temps 17 dont la durée t2 détermine le temps de réponse global du dispositif, par exemple entre soixante et cent cinquante millisecondes. La seconde bascule 19 ne peut donc fonctionner que si la première bascule 15 est restée enclenchée au moins pendant le temps t2. Dans le cas contraire, le retour à ltétat initial de la bascule 15 a pour effet de décharger quasi-instantanément le réseau à constante de temps 17, évitant ainsi tout effet d'accumulation de charges pouvant fausser le déclenchement de la bascule 19 lors d'une perturbation ultérieure. On peut voir dans ces conditions que la bascule 15, temporisée pour une duréé inférieure à une période du réseau, précède la bascule 19 de commande du relais 20 et interdit le collage de ce dernier pour des signaux brefs ou des parasites de durée infé- rieure à celle de ladite période. Sur la figure 2 dont les références sont communes à celles de la figure 1, le dispositif selon l'invention est alimenté en courant continu à partir d'un conducteur positif 21 et d'un conducteur négatif 22 aboutissant respectivement à deux bornes, po- sitive 23 et négative 24 d'une source de tension Vb. Un enroulement primaire 25 d'un transformateur de mesure 26 est raccordé à deux bornes 27 et 28 d'entrée de signal de commande, l'enroulement seeondaire étant raccordé à la borne 1 d'une part, et au conducteur négatif 22 d'autre part. La base d'un transistor amplificateur 30, de type NPN, constituant la borne d'entrée 2, est raccordée au point commun de deux rdsistances 31 et 32, la première étant réunie au conducteur positif 21 et la seconde à l'anode d'une diode 33 de compensation thermique dont la cathode est relide à la borne 1, un condensa~ teur électrochimique de découplage 34 étant par ailleurs disposé en parallèle sur la résistance 32. LJetteUr du du transistor 30 est connecté au conducteur négatif 22 par un réseau constitué de deux branches en parallèle comportant l'une, une résistance fixe 35 en série avec une résistance 36 d'aJustage de polarisation, et l'autre un condensateur électrochimique de découplage 37 en série avec une résistance 38.Le collecteur- du transistor 30 est connecté au conducteur positif 21 par une résistance de charge 39. L'amplificateur différentiel est constitué par deux transis- tors 40 et 41 de type NPN dont les bases,reliées au collecteur du transistor 30, respectivement par les deux diodes 5 et 6 en opposition, sont polarisées par deux ponts de résistances 42, 43 et 44, 45 disposés entre les conducteurs positif 21 et négatif 22. Les émetteurs réunis des transistors 40 et 41 sont reliés au conducteur négatif 22 par une résistance 46, les collecteurs étant par ailleurs réunis au conducteur positif 21, le premier par une résistance 47, et le second par deux résistance en série 48 et 4g dont le point commun constitue la borne d'entrée 10 de l'amplifi- cateur-adaptateur. Ce dernier est constitué par un transistor 50 de type PNP dont la base est partiellement découplée par un condensateur électrochimique 51. L'émetteur du transistor 50 est directement relié au conducteur positif 21, le collecteur étant par ailleurs réuni au conducteur 22 par une résistance de charge 52 d'une part, et à l'anode d'une diode de couplage 53 dont la cathode est reliée à la borne 12 d'entrée du premier réseau à constante de temps, constitué par une résistance 54 et un condensateur 55. La première bascule mono stable est constituée par deux transistors 56 et 57 respectivement de typesNPN et PNP, la base du premier étant réunie au ccnducteur négatif 22 par une résistance 58 découplée par un condensateur 59, et la base du second étant reliée au conducteur positif 21 par une résistance 60 découplée par un condensateur 61. La base du transistor 56 est par ailleurs reliée au point commun à la résistance 54 et au condensateur 55 par une résistance 62, l'autre armature du condensateur 55 étant réunie tout à la fois au conducteur négatif 22 par une résistance 63, et au collecteur du transistor 57 par une résistance 64, ledit collecteur étant lui-meme connecté au conducteur négatif 22 par une résistance 65. La base du transistor 57 est reliée au collecteur du transistor 56 par une résistance 66, tandis que l'émetteur est directement réuni au conducteur positif 21. La seconde bascule mono stable est constituée par deux transistors 67 et 68 de types NPN et PNP, la base du premier étant réunie au conducteur négatif 22 par une résistance 69 découplée par un condensateur 70, et la base du second étant reliée au conducteur positif 21 par une résistance 71 découplée par un condensateur 72. Les émetteurs réunis des transistors 56 et 67 de chacune des bascules sont reliés à la cathode dlune diode zéner 73 dont l'anode est connectée au conducteur négatif 22. Le second réseau à constante de temps, constitué par une résistance 74 et au condensateur électrochimique 75, est connecté au collecteur du transistor 57 d'une part, et à la base du transistor 67 par une résistance 76 d'autre part, une diode 77 de décharge rapide étant par ailleurs disposée en parallèle sur la résistance 74, la cathode côté collecteur du transistor 57. négative L'armature/du condensateur 75 est reliée tout à la fois au conducteur négatif 22 par une résistance 78 et au collecteur du transistor 68 par une résistance 79, ledit collecteur faisant retour par ailleurs au conducteur négatif 22 par une résistance 80 en série avec le relais 20. La base du transistor 68 est reliée au collecteur du transistor 67 par une résistance 81, tandis que l'émetteur est directement réuni au conducteur positif 21. Le gain du premier transistor amplificateur 30 est stabilisé en alternatif par la résistance d'émetteur 38, tandis que la polarisation de repos est ajustée à l'aide de la résistance variable 36 de façon à obtenir une tension collecteur telle que l'attaque de l'amplificateur différentiel à seuil soit bien symétrique pour chacune des demi-alternances de polarités opposées transmises par les diodes 5 et 6. Le signal obtenu à la borne 10 est filtré des signaux parasites éventuels à fréquence élevée par la cellule R 49 C 51 et est recueilli après amplification sur le collecteur du transistor 50. Les deux bascules monostables sont du type à transistors complémentaires tous deux bloqués au repos et saturés en fonctionneZ ment, les différences de temporisation entre l'enclenchement et le retour à l'état de repos étant assures pur la modification de la charge des condensateurs 55 et 75 due au rétro-couplage collecteur bases au moyen des résistances 64 et 79. L'imbrication du réseau à constante de temps dans la boucle de rétro-couplage confère à ce type de montage la caractéristique d'une bascule de Schmitt en ce qui concerne l'enclenchement, et la caractéristique d'une bascule monostable classique pour le dé- clenchement en cas de disparition, ou de diminution en dessous du seuil d'enclenchement, de la tension de commande. Le rôle de la diode 77 est primordial ; si, en effet, la priez mière bascule s'est enclenchée sur un signal de défaut de durée inférieure à quinze millisecondes, celle-ci revient au repos après ce délai, et la charge accumulée dans le condensateur 75 s'écoule quasi instantanément par la diode 77 et la résistance 65 de faible valeur, évitant ainsi le déclenchement prématuré de la seconde bascule en cas de remise en conduction à bref délai de la première bascule. On obtient de la sorteuneindépendance qlasi-totale du fonctionnement de la seconde'bascule par rapport à celui de la première tant que le temps de fonctionnement de celle-ci n'atteint pas le délai déterminé par la constante de temps d'enclenchement R 74 C 75 de la seconde bascule. En raison de sa haute immunité aux parasites, le dispositif selon l'invention est alimenté économiquement en courant continu, de façon non représentée, à l'aide d'un pont de diodes directement couplé au secteur par un condensateur en série avec une résistance, la tension Vb étant stabilisée au moyen d'une diode zéner, et découplée par un condensateur électrochimique. A titre indicatif, le dispositif selon l'invention a été réalisé au moyen de composants commercialisés sous les noms de "R.T.C. La Radiotechnique-compelec" et "COGECO", dont les références sont les suivantes Transistors 30 - 40 - 41 - 56 - 67 = BC 408 B 50 - 57 - 68 = BC 418 B Diodes 5 - 6 - 53 - 77 = BAX 13 Diodes zéner 73 = BZY 88 C4 V3 Résistances 31 = 39 kQ n 32 - 52 - 63 - 64 - 12 kQ n 35 - 820 kQ 38 = 82 k# n 39 - 71 = 2,7 kQ n 42 - 45 - 66 = 33 kQ n 43 - 44 = 47 k# n 46 - 65 = 6,8 kQ n 47 - 48 = 1,2 kQ " 49 = 2,2 kQ n 54 = 10 kQ n 58 - 74 = 220 kQ n 62 - 76 = 100 kQ " 69 = 470 kQ n 78 - 79 = 4,7 kQ n 80 = 3,3 kQ n 81 = 15 kQ Condensateurs 34 = 10 F n 37 = 100 F n 51 = 2,2 pF n 55 = 68 nF n 59 - 70 = 4,7 nF Condensateurs 61 - 72 = 22 nF n 75 = 0,56 F Relais 20 2 500 pW 30 # Vb = 13 V Le collage du relais 20 se produit sous une tension de 70 mV efficace aux bornes du secondaire 29 du transformateur 26. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif temporisé de protection différentielle à commande électronique, destiné à commander un disjoncteur, ledit dispositif étant disposé en amont d'une ligne alimentant en courant alternatif des appareils protégés individuellement contre des défauts d'isolement par rapport à la terre au moyen de relais différentiels à faible temps de réponse, ce dispositif comportant entre autres une source de tension à courant continu, un transfo mateur de mesure, une channe d'amplification, un circuit de redressement de courant de défaut et un relais électromagnétique commandé par un montage à effet de seuil de tension et de déclenchement connu sous le nom de "bascule monostable", caractérisé en ce qu'une borne de sortie d'une seconde bascule monostable est reliée à la borne d'entrée du circuit temporisateur de la bascule de commande du relais électromagnétique, l'élément résistif dudit circuit temporisateur étant shunté par une diode semiconductrice. 2.- Dispositif de protection selon la revendication I, caractérisé en ce que la chaîne d'amplification comporte un amplifia teur-redresseur dont une borne d'entrée active/constituée par les électrodes de polarités opposées de deux diodes semiconductrices dont les deux autres électrodes sont reliées respectivement à deux bornes d'entrées équilibrées d'un amplificateur différentiel. 3. Dispositif de protection selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément capacitif du circuit temporisateur précédant chacune des bascules fait partie de la boucle de rétro-couplage desdites bascules.