Brevet FR2230104A1 — publié le 19741213

Les réseaux continus basse tension pour installations électroniques de commande et de régulation sont de plus en plus exploités sans mise à la terres c'est-à-dire que leur potentiel de masse n'est pas relié à cette dernière. Le fonctionnement sans mise à la terre offre une sécurité accrue contre l'influence perturbatrice de défauts par rapport à la terre ou à des sources de tension distinctes, par exemple un réseau haute tension alternatif ou triphasé, reliées à la terre. Au lieu que, dans un réseau continu basse tension relié à la terre, un premier défaut de la tension du système par rapport à la terre puisse déjà provoquer la destruction de composants semi-conducteurs ou l'émission de signaux à tort, une installation exploitée sans mise à la terre permet de maintenir le fonctionnement régulier mdme en cas de telle per turbation. I1 faut bien entendu détecter et éliminer rapidement ce premier défaut par rapport à la terre ou à un autre système de tension.S'il s'y en ajoute en effet un deuxième , il peut en résulter soit un obstacle au fonctionnement, soit une commande défectueuse. En cas de défaut par rapport à un système haute tension distinct, on risque une tension de contact élevée, source de danger pour le personnel exposé à toucher l'installation basse tension. L'invention a par conséquent pour objet un dispositif électrique de surveillance d'un réseau continu basse tension non relié à la terre qui examine constamment ledit réseau quant à l'éventualité de défauts par rapport à la terre et ne soit susceptible de déclencher du fait de son fonctionnement aucun signal à tort dans l'installation surveillée Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, un générateur de signaux horloge alimenté par le réseau surveillé pour engendrer une tension pulsatoire de mesure qui est mise à la terre par une ligne de mesure à forte résistance et,d'autre part, une détection différentielle de courant qui coopère avec ladite ligne de mesure et dont le signal de sortie attaque un indicateur de valeur limite en vue de la production d'un signal d'avertissement. Ce dispositif permet au personnel de service de rapidement découvrir avec un appareil de recherche approprié, puis éliminer, le défaut par rapport à la terre qui lui est annoncé avant qu'un deuxième défaut analogue puisse causer des dommages ou des signaux à tort. Le dispositif de surveillance selon 1 'in- vention utilise comme tension d'actionnement du courant de recherche une tension non pas statique, mais pulsatoire à tracé de préférence triangulaire. Avec une tension de mesure statique, un défaut à la terre à partir d'un point présentant par hasard la même tension que ladite tension de mesure statique ne serait pas annoncé. La tension pulsatoire de mesure utile sée dans l'invention permet de recevoir , dans ce cas aussi, un signal avertisseur. La fréquence de la tension pulsatoire de mesure doit de préférence etre comprise entre 0,01 et 0,1 Hz, car une tension de fréquence plus élevée laisserait supposer constamment un défaut par rapport à la terre par suite de la capacité du système vis-à-vis de celle-ci. En cas de défaut à la terre, il circule dans la ligne de mesure un courant de recherche dont la tension d'actionnement représente la tension du défaut additionné de la tension de mesure. La détection différentielle du courant de recherche engendre des impulsions positives et négatives amenées à un indicateur de valeur limite. L'amplitude de es impulsions est fonction uniquement de la dérivée du courant de recherche et non pas des valeurs absolues de celui-ci ou des valeurs de la tension du défaut. On peut fixer par un seuil de réponse réglable de l'indicateur de valeur limite la valeur de la résistance de défaut au-dessous de laquelle il faut tomber pour qu'un signal avertisseur soit émis.Cette annonce est indépendante de la grandeur de la tension du défaut La ligne résistante de mesure par rapport à la terre empêche, en cas de défaut vers celle-ci, des commutations à tort dans l'installation surveillée Cette mise à la terre, de forte résistance, empoche en outre le réseau basse tension sans terre que l'on surveille de pouvoir "flotter" en toute liberté et prendre par des charges statiques une tension élevée par rapport à la terre Le générateur de signaux d'horloge fournissant une tension triangulaire de mesure est de préférence composé d'un amplificateur de balayage comprenant deux diodes de Zener en opposition dans son circuit de contre-réaction et suivi d'un amplificateur intégrateur dont la sortie est reliée à l'entrée non inverseuse dudit amplificateur de balayage. I1 importe, pour les deux amplificateurs, que les tensions d'alimentation et la tension de référence viennent du réseau surveillé. Dans une disposition recommandée, la détection différentielle du courant s'effectue au moyen d'une résistance de mesure qui est placée dans la ligne de mesure et dont la chute de tension est amenée, pour engendrer le signal avertisseur, à l'indicateur de valeur limite à travers un différentiateur, puis un formeur de valeur absolue. Cette forme de réalisation simplifie la technique du montage. I1 est å remarquer qutil faut s'abstenir de mettre les composants à la terre : on les relie contraire au-potentiel de la masse du réseau continu basse tension surveillé. Suivant une autre modalité possible, le potentiel affecté par le défaut à la terre est indiqué par un voltmètre à point milieu qui est influencé par la chute de tension sur la résistance de mesure. L'aiguille de ce voltmètre à point milieu oscillera dans le secteur positif ou dans le secteur.négatif de la graduation selon que le défaut à la terre éventuel sera sur le potentiel positif ou sur le potentiel négatif. Si le défaut porte sur le potentiel de la masse du réseau surveillé, l'aiguille oscillera autour du zéro. Une extension de l'invention intéressante pour la sécurité des personnes travaillant dans l'installation surveillée fait appel à un organe à valeur de seuil détectant la tension entre la terre et le réseau en question afin d'engendrer un signal d'alarme en cas de défaut par rapport à une source de tension distincte reliée à la terre. Ce signal d'alarme est émis dès que la tension entre la terre et le réseau surveillé dépasse la valeur de seuil dudit organe. le fait important est que le dispositif électrique de surveillance selon l'invention ne puisse pas être endommagé meme si un tel défaut par rapport à une source de tension distincte reliée à la terre dure un temps relativement long. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel.: la figure 1 est le schéma synoptique d'un dispositif selon ladite invention la figure 2 donne la structure de principe d'un générateur de signaux d'horloge fournissant une tension pulsatoire de mesure à allure triangulaire la figure 3 est un diagramme des varia tions de la tension sur la résistance de mesure en cas de défauts à la terre des différents potentiels la figure 4 représente le signal de sortie de la détection différentielle du courant. Le réseau basse tension surveillé comprend le potentiel positif P, le potentiel négatif N et le potentiel de masse M. C'est de ce réseau que le générateur de signaux d'horloge 1 reçoit sa tension d'alimentation pour donner sur sa borne de sortie 13 une tension pulsatoire triangulaire de mesure mise à la terre 5 à travers la ligne de mesure 2 comprenant la résistance additionnelle 3, de forte valeur, et la résistance de mesure 4. Les résistances de défauts t , t et sont infinies tant qu'il ne se présente pas de défaut à la terre.Dans le cas contraire, une de ces résistances diminue et un courant de recherche issu du générateur de signaux d'her- loge 1 peut faire retour à celui-ci par la ligne de mesure 2, la terre 5, la résistance de défaut concernée et le réseau surveillé, cela parce que ledit générateur est alimenté à partir du réseau surveillé.Le courant de recherche provoque dans la résistance de mesure 4 une chute de tension proportionnelle qui est dirigée vers un différentiateur 6 comportant ut filtre passe-bas actif du ctté de son entrée. le signal de sortie de ce différentiateur 6 est redressé dans le formeur de valeur absolue 7 et amené à un indicateur de valeur limite 8 pour engendrer un signal avertisseur à la sortie Al . la chute de tension sur la résistance de mesure 4 arrive à un voltmètre à point milieu 9 qui indique la polarité du potentiel perturbé. Pour le cas d'un défaut par rapport à une source de tension distincte mise à la terre, la ligne de mesure 2 est reliée par la résistance additionnelle 10 au formeur de valeur absolue 11, qui attaque un organe à valeur de seuil 12 en vue de produire un signal d'alarme à la sortie A2 En cas de défaut à la terre du potentiel M, la tension correspondante Un est à peu de chose près négligeable.Le courant de recherche iM est en conséquence actionné par la tension de mesure undu générateurde signaux d' horloge 1 Ce courant de recherche in est relié à la tension de mesure u1 tar l'équation suivante La résistance de mesure 4 est le siège d'une chute proportionnelle de tension U4M représentée sur la figure 3 Les valeurs de pointe du courant de recherche iM et, par conséquent aussi, de la chute de tension U4M sont uniquement fonction de la valeur de la résistance de défaut RM. Les pentes des courbes du courant de recherche iM et de la chute de tension U4M sont par conséquent aussi fonction de cette résistance RN. Par différentiation de l'équation 1, ou de la chute proportionnelle de tension U4M, on obtient la tension de sortie U6 du différentiateur 6 représentée sur la figure 4. L'amplitude de ses impulsions positives et négatives donne une mesure de la valeur de la résistance RM du défaut par rapport à la terre.Cette tension de sortie U6 du différentiateur 6 est redressée dans le formeur de valeur absolue 7 et amenée à l'indicateur de valeur limite 8. I1 se produit, à travers le différentiateur 6 et le formeur de valeur absolue 7, une transmission de tension- à l'indicateur réglable de valeur limite 8 et cette transmission est plus ou moins forte selon l'importance de la résistance RN du défaut à la terre Si cette dernière tombe au-dessous d'une valeur déterminée, l'indicateur de valeur limite 8 réagit et délivre à sa sortie A1 un signal avertisseur de forte puissance. En cas de défaut à la terre sur le potentiel P, la tension qui détermine le courant de recherche ip est la tension du défaut Up additionnée de la tension de mesure. Le courant de recherche i p obéît à 11 équation On observe dans la résistance de mesure 4 la chute propor- tionnelle de tension U4p tracé sur la figure 3. La différen tiation de la variation du courant de recherche i p ou de la chute de tension U4p donne à nouveau la variation de tension U6 selon la figure 4 à la sortie du différentiateur 6. Cette variation de tension U6 est par conséquent indépendante de la tension Up du défaut. La détection d'un défaut à la terre du potentiel N correspond à celle d'un défaut P, mais le sens d'écoulement du courant de recherche i N est inversé, comme la tension de défaut UN, selon l'équation La chute de tension proportionnelle U4N produite sur la résistance de mesure 4 est également portée sur la figure 3 et provoque,elle aussi, une tension de sortie U6,- selon la figure 4, du différentiateur 6. Dans la représentation des courbes de tension U4p, U4M et U4N sur la figure 3, on s'est basé sur des valeurs identiques des résistances de défaut à la terre Rp, R, X . Ces courbes présentent par conséquent des pentes identiques, desquelles résulte chaque fois la mQme courbe de tension U6 sur la figure 4. Avec d'autres valeurs des résistances de défaut à la terre, les-valeurs de pointe des tensions U4 et, par conséquent aussi, les pentes des courbes de tension va rient.L'amplitude des pulsations de la tension de sortie U6 du différentiateur 6 change de façon correspondante. Du choix d'une tension pulsatoire triangulaire de mesure il résulte, après redressement de la tension de sortie U6 du différentiateur 6, un signal d'entrée approximativement constant pour l'indicateur de valeur limite 8. Mais il est également possible d'utiliser une tension pulsatoire de mesure d'un cours différent. Un défaut entre le réseau continu basse tension M N P, non mis à la terre, que l'on surveille et une source de tension distincte, par.exemple une phase d'un système triphasé, mise à la terre provoque une réponse de l'organe à valeur de seuil 12 dès que la tension entre la terre 5 et un point dudit réseau M N P dépasse la valeur de seuil fixée. L'organe à valeur de seuil 12 émet alors à sa sortie A2 un signald"alarme que lion amplifie le cas échéant et qui est disponible en tant que signal de danger d'une grande puissance. Peu importe pour la production de ce signal d'alarme qu'il s'agisse d'un défaut par rapport au réseau basse tension surveillé d'un système distinct triphasé ou continu. I1 faut seulement que la tension entre la terre et le réseau surveillé dépasse la valeur de seuil de l'organe 12, celle-ci de préf é- rence réglable. La figure 2 représente les connexions intérieures du générateur de signaux d'horloge 1 selon la figure 1. Un amplificateur de balayage 14 avec deux diodes de Zener 15 en opposition dans son circuit de contre-réaction est suivi d'un amplificateur intégrateur 18 dont le circuit de contreréaction comporte un condensateur 19. La sortie 13 de cet amplificateur intégrateur 18 est reliée à l'entrée-non inverseuse de l'amplificateur de balayage 14. Ledit amplificateur de balayage 14 se trouve par exemple en premier lieu sur sa butée inférieure et fournit par conséquent un signal constant négatif. De cette tension, une partie réglable au potentiomètre 17 est appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur intégrateur 18, lequel monte en allure conformément à la charge du condensateur 19 jusqu'à ce que sa tension de sortie atteigne le point de basculement de l'amplificateur de balayage 14. Celui-ci vient en appui contre sa butée supérieure et applique une tension constante positive à l'entrée inverseuse de l'amplificateur intégrateur 18. Sa tension de sortie décrott linéairement jus; qu'au point de basculement inférieur de l'amplificateur de balayage 14. Sur la borne de sortie 13 apparat la tension triangulaire de mesure, dont les flancs de montée et de descente ont même pente. I1 est essentiel, dans l'invention, que les tensions d'alimentation et la tension de référence des deux amplificateurs 14 et 18 soient prises sur le réseau M N P surveillé. REVEND I C AT IONS 1. Dispositif électrique de surveillance d'un réseau continu basse tension non relié à la terre caractérisé par le fait qu'il comporte, d'une part, un générateur de signaux d'horloge alimenté par le réseau surveillé pour engendrer une tension pulsatoire de mesure qui est mise à la terre par une ligne de mesure à forte résistance ohmique et, d'autre part, une détection différentielle de courant qui coopère avec ladite ligne de mesure et dont le signal de sortie attaque un indicateur de valeur limite en vue de la production d'un signal avertisseurO 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la tension pulsatoire de mesure suit un cours triangulaire. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le générateur de signaux d'horloge fournissant la tension triangulaire de mesure est composé d'un amplificateur de balayage comportant deux diodes de Zener en opposition dans son circuit de contre-réaction et suivi d'un amplificateur intégrateur dont la sortie est reliée à l'entré non inverseuse dudit amplificateur de balayages 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la ligne de mesure comporte une résistance de mesure dont la chute de tension est amenée, pour engendrer le signal avertisseur, à l'indicateur de valeur limite à travers un différentiateur et un formeur de valeur absolue 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait qu'il comporte, pour indiquer le potentiel perturbé, un voltmètre à point milieu influencé par la chute de tension sur la résistance de mesure0 6. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte un organe à valeur de seuil détectant la tension entre la terre et le réseau surveillé afin d'engendrer un signal d'alarme en cas de défaut par rapport à une source de tension distincte reliée à la terre.