Brevet FR2153150A1 — publié le 19730504

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Claude TERRACOL, est relative à un dispositif de déclenchement sélectif de disjoncteurs disposés en série dans un circuit de puissance d'un réseau électrique en arbre, comprenant associé à chaque dis joncteur un déclencheur à réponse instantanée et en aval de chaque disjoncteur un détecteur du courant circulant dans la branche correspondante dudit réseau, susceptible de commander ledit déclencheur en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé, un dispositif d'interconnexion entre lesdits déclencheurs et lesdits détecteurs assurant en cas de défaut apparaissant dans ledit réseau le déclenchement instantané du disjoncteur situé directement en amont du défaut et uniquement de ce disjoncteur. Un dispositif de déclenchement sélectif du genre indiqué fait l'objet d'une demande de brevet français NO 70 45701 déposéepar la demanderesse le 17 Décembre 1970, ce dispositif comportant des détecteurs du type à génération de courant, par exemple des transformateurs d'intensité, dont le courant secondaire est proportionnel au courant primaire à mesurer. On connatt des systèmes détecteurs ou capteurs basés sur la génération d'une tension proportionnelle au courant à mesurer et la présente invention a pour but de faire usage de tels détecteurs pour assurer une protection sélective par un dispositif particulièrement simple et fiable. Le dispositif de déclenchement sélectif selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit détecteur est du type délivrant une tension proportionnelle au courant circulant dans la branche associée du réseau et que ledit dispositif d'interconnexion relie électriquement en série tous les détecteurs associés aux branches ramifiées en aval de ladite branche, de manière à sommer les tensions desdits détecteurs, chaque déclencheur étant connecté entre le détecteur associé et ladite série de détecteurs en aval, de manière à répondre à l'apparition d'une différence entre la tension dudit détecteur associé et la somme des tensions desdits détecteurs en aval. La comparaison des tensions du détecteur amont et de la somme des tensions des détecteurs sur les branches ramifiées permet une comparaison permanente du courant dans la branche principale et de la somme des courants dans les ramifications. L'apparition d'une tension différentielle traduit un défaut de vant être éliminé par le disjoncteur correspondant. Les capteurs à génération de tension peuvent ëtre à cellule à effet Hall comprenant une ou plusieurs plaquettes insérées dans un circuit magnétique entourant le conducteur du courant à mesurer, une tension de polarisation constante excitant la plaquette, de manière à obtenir un signal de tension proportionnelle au courant à mesurer. Un autre type de capteur, susceptible d'être utilisé, peut comporter un tore à fort entrefer et à enroulement secondaire débitant sur une forte impédance. Dans ce cas, le signal tension délivré n'est pas proportionnel au courant à détecter, mais à sa dérivée par rapport au temps, ce qui ne gêne en rien le fonctionnement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente un schéma monophasé fonctionnel d'un circuit de puissance dessiné en traits épais, doté d'un circuit de commande selon l'invention, représenté en traits fins; la figure 2 est une vue schématique en perspective partiellement arrachée d'un capteur à effet Hall, donné à titre d'exemple. La figure 1 montre un circuit de puissance en arbre identique à celui de la figure de la demande de brevet français précitée et portant pour des raisons de clarté de l'exposé les mêmes numéros de repère. Une source de courant 10 alimente un réseau de distribution en arbre, désigné par le repère général 11, comportant trois étages A, B, C comportant chacun différentes branches, une branche 12 à l'étage ou au niveau A, trois branches 14, 16 et 18 à l'étage B et huit branches 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 et 34 à l'étage C. Dans chaque branche 12 à 34 du circuit de puissance il est inséré un disjoncteur, respectivement 36 à l'étage A, 38, 40, 42 à l'étage B, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56 et 58 à l'étage C.Le disjoncteur 36 de l'étage A, directement en aval de la source 10 et en amont du réseau de distribution 11, est équipé d'un déclencheur par phase, par exemple à bobine de commande 60 à action instantanée, susceptible de provoquer le déclenchement du disjoncteur 36. D'une manière analogue les disjoncteurs 38, 40, 42 de l'étage B comportent chacun un déclencheur par phase à action instantanée 62, 64, 66. En aval de chaque disjoncteur 36 à 58 est inséré dans le circuit de puissance 11, un détecteur ou capteur de courant, respectivement désignés par les repères 68', pour le capteur de l'étage A, 70', 72', 74' pour les capteurs de l'étage B, 76', 78', 80', 82', 84' et 86' pour les capteurs de l'étage C. Dans l'exemple représenté sur la figure les disjoncteurs 44 à 58 du dernier étage C ne comportent pas de déclencheurs commandés par le circuit de protection sélective. Ces disjoncteurs 44 à 58 comportent par contre les déclencheurs usuels à effet thermique et électromagnétique schématiquement représentés sur la figure en 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116 et 118. Les déclencheurs 104 à 118 provoquent d'une manière bien connue l'ouverture instantanée du disjoncteur associé en cas de défaut à l'aval, par exemple apparaissant au niveau de la charge alimentée. Sur les disjoncteurs 38, 40, 42 de l'étage B on a conservé le déclencheur thermique usuel 120, 122, 124, destiné à éliminer une faible surcharge persistante. La fonction du déclencheur électromagnétique usuel est reprise par le déclencheur de la protection sélective, respectivement 62, 64, 66.Le disjoncteur de tête 36 de l'étage A comporte les déclencheurs usuels à action thermique et à action électromagnétique 126, pour des raisons qui ressortiront plus clairement de l'exposé du fonctionnement de l'installation qui va suivre. Il convient de noter qu'un détecteur de courant unique 76' à primaires multiples peut être associé à plusieurs branches 20, 22, 24 du circuit de puissance 11. Un tel regroupement, qui simplifie notablement l'installation, est intéressant lorsqu'un même disjoncteur 38 d'un étage supérieur en amont alimente plusieurs disjoncteurs 44, 46, 48 d'un dernier étage C disposés dans un même emplacement et connectés par des câbles. Les détecteurs ou capteurs 68' à 86' sont du type délivrant une tension proportionnelle au courant et comprennent, par exemple de la manière représentée à la figure 2, montrant le capteur 68' les autres capteurs étant bien entendu identiques, une paire de plaquettes à effet Hall 130, 130' placées dans des entrefers d'un circuit magnétique 132 entourant ie conducteur 12, parcouru par le courant à mesurer. La tension de polarisation constante est appliquée d'une manière bien connue aux plaquettes 130, 13C' de manière à engendrer une différence de potentiel aux bornes 134, 136 du capteur 68', proportionnelle au courant du con ducteur 12. La bobine du déclencheur magnétique 60 du disjoncteur 36 est connectée d'une part au capteur 68' et d'autre part, par un conducteur 138 aux capteurs de l'étage B 70', 72', 74' connectés en série électriquement par le conducteur 140, oela de telle façon que la tension délivrée par 68' soit en opposition avec la somme des tensions délivrées par 70', 72', 74'. Ledéclcheur 60 détecte toute différence entre la tension délivrée par le capteur 68' et la somme des tensions délivrées par les capteurs 70',à 74'. D'une manière analogue les déclencheurs de l'étage B, par exemple le déclencheur 64 est connecté d'une part aux capteurs 72' et d'autre part aux capteurs 78', 80' de l'étage aval C connectés en série et en opposition avec 72', de manière à détecter toute différence du courant parcourant la branche 16 et les branches ramifiées 26 et 28. L'impédance des déclencheurs 60 à 66 doit être importante par rapport à celle des capteurs 68' à 86', de manière à ne pas connecter en parallèle les différents étages. Le fonctionnement du dispositif de protection sélective est identique à celui décrit dans la demande de brevet français à laquelle on se référera avantageusement. A titre d'exemple on peut remarquer qu'un défaut apparaissant au point D sur le conducteur 16 à l'étage B est détecté simultanément par les capteurs 68' et 72'. Le déclencheur ou bobine 60 n'est pas excité, car la tension du capteur 68' reste égale à la somme des tensions délivrées par les capteurs 70', 72', 74' connectés en série et enopposition avec 68'. Les capteurs 78', 80', disposés sur les branches ramifiées 26, 28 du conducteur 16, ne sont pas parcourus par le courant de défaut et la bobine ou déclencheur 64 est excité par le capteur 72' et provoque instantanément l'ouverture du disjoncteur 40 directement en amont du défaut. I1 est facile de voir qu'un défaut apparaissant au point F à l'étage A provoque le fonctionnement du disjoncteur de tête 36 sans affecter les disjoncteurs aval. Dans le cas d'un défaut au niveau des utilisateurs, par exemple au point E, le dispositif de protection sélective empêche l'excitation des disjoncteurs des étages A et B, le défaut étant éliminé de la manière usuelle par les déclencheurs 116 associés aux disjoncteurs 56. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté au dessin annexé et s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences, notamment à celle dans laquelle le capteur serait d'un type différent ou celle encore dans laquelle des transformateurs de puissance seraient insérés dans le réseau. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déclenchement sélectif de disjoncteurs disposés en série dans un circuit de puissance d'un réseau électrique en arbre, comprenant associé à chaque disjoncteur un déclencheur à réponse instantanée et en aval de chaque disjoncteur un détecteur du courant circulant dans la branche correspondante dudit réseau, susceptible de commander ledit déclencheur en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé, un dispositif d'interconnexion entre lesdits déclencheurs et lesdits détecteurs assurant en cas de défaut apparaissant dans ledit réseau le déclenchement instantané du disjoncteur situé directement en amont du défaut et uniquement de ce disjoncteur, caractérisé par le fait que ledit détecteur est du type délivrant une tension proportionnelle au ou à la variation du courant courant/circulant dans la branche associée du réseau et que ledit dispositif d'interconnexion relie électriquement en série tous les détecteurs associés aux branches ramifiées en aval de ladite branche, de manière à sommer les tensions desdits détecteurs, chaque déclencheur étant connecté entre le détecteur associé et ladite série de détecteurs en aval, de manière à répondre à l'apparition d'une différence entre la tension dudit détecteur associé et la somme des tensions desdits détecteurs en aval. 2. Dispositif de déclenchement sélectif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits capteurs comportent une ou plusieurs plaquettes à effet Hall traversées par un courant de polarisation constant et soumises à l'action d'un champ magnétique engendré par le courant circulant dans la branche correspondante du réseau, de manière à délivrer une tension proportionnelle à ce courant. 3. Dispositif de déclenchement sélectif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits capteurs comportent un circuit magnétique à entrefer entourant le conducteur de la branche du réseau et un enroulement secondaire débitant sur une forte impédance, disposé sur le circuit magnétique, de manière à être traversé par le flux magnétique engendré par le courant alternatif circulant dans le conducteur et à délivrer une tension sensiblement proportionnelle à la dérivée dudit courant par rapport au temps.