Brevet FR2219554A1 — publié le 19740920

La présente invention concerne d:une manière générale la protection ampèremétrique d'un réseau triphasé à ltégard des défauts susceptibles d'intervenir entre deux quelconques des phases de ce réseau ou entre l'une quelconque de ses phases et la terre. I1 s'agit dans chaque cas d'assurer l'entrée en action d'un quelconque dispositif dzintervention et par exemple d'un disjoncteur. La présente invention vise plus particulièrement le cas où il est souhaitable que, quelle que soit l'intensité du défaut, le temps de réaction du dispositif de protection demeure constant, le dispositif d'intervention étant ainsi mis en oeuvre au bout d'un temps déterminé à compter de la détection d'un défaut. Cette disposition permet en effet avantageusement un échelonnement déterminé dans le temps du fonctionnement des divers organes appelés à intervenir. La plupart des dispositifs de protection actuellement connus mettent en oeuvre dans ce but des circuits de temporisation comportant un condensateur électrochimique de capacité relativement grande et peu stable. La présente invention a tout dtabord pour objet, selon un pre mier aspect, un dispositif de protection ampèremétrique permettant d'éviter avantageusement l'emploi d'un tel condensateur électrochimique. Selon cet aspect, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte, en série entre les bornes d'une source de courant continu, un contact interrupteur piloté par un relais asservi à au moins un détecteur de seuil ampèremétrique, l'enroule- ment de commande dtun interrupteur à lames souples, et un interrupteur commandé doublé par une résistance, ledit interrupteur commandé étant asservi à un circuit de temporisation établi en dérivation aux bornes de l'ensemble formé par ledit enroulement de commande et ledit interrupteur commandé, par l'intermédiaire d'un amplificateur, et ledit interrupteur à lames souples étant interposé sur le circuit d'alimentation d'un quelconque dispositif d'in- tervention, tel que disjoncteur. Lorsqu'un défaut apparaît sur le réseau équipé d'un tel dispositif, le contact interrupteur de ce dispositif est commandé en fermeture, ce qui assure progressivement la charge du condensateur que comporte son circuit de temporisation. Conjointement, l'enroulement de commande de l'interrupteur à lames souples est parcouru par un courant insuffisant à permet tr sa mise en oeuvre. Lorsque la tension aux bornes du condensateur du circuit de temporisation dépasse une tension de référence, l'interrupteur commandé se ferme et le courant qui traverse alors l'enroulement de commande de l'interrupteur à lames souples augmente. Lorsque ce courant atteint une valeur suffisante, l'interrupteur à lames souples est commandé en fermeture, ce qui déclenche la mise en oeuvre du dispositif d'intervention qu'il pilote. Mais compte tenu de l'amplification, le courant ainsi prélevé aux bornes du condensateur du circuit de temporisation pour la mise en oeuvre de l'interrupteur à lames souples demeure très faible, ce qui permet d'utiliser un condensateur de faible capacité, et par exemple un condensateur au papier, qui est avantageusement économique , ou au polycarbonate métallisé peu sensible à une quelconque dérive due au temps ou à la température. Une simple modification de la résistance du circuit de temporisation permet de faire varier dans une large gamme la temporisation obtenue, cette gamme allant par exemple d'une milliseconde à dix minutes, avec un temps d'intégration constant, de l'ordre par exemple d'une milliseconde. Un interrupteur à lames souples étant lui-meme d'un prix relativement peu élevé, l'ensemble du dispositif de temporisation ainsi constitué est avantageusement économique à réaliser. Par ailleurs, et s'agissant de la protection ampèremétrique d'un réseau triphasé de distribution, il importe que la protection assurée soit aussi sensible que possible et puisse par exemple détecter le défaut résultant du contact d'un des conducteurs du réseau avec un organe à la terre, une haie ou un arbre par exemple, en raison de sa chute ou de son fléchissement. La protection ne devant pas en outre être sensible au courant de capacité homopolaire, il en résulte qu'elle doit fonctionner entre deux limites extrêmement étroites. Selon un développement de l'invention et suivant un deuxième aspect de celle-ci, il est prévu dans ce but que les détecteurs de seuil ampèremétrique utilisés mettent en oeuvre des interrupteurs à lames souples. En pratique, le relais qui pilote le contact interrupteur disposé en amont du dispositif de protection proprement dit est à cet effet formé par la self d'un intégrateur en série avec un interrupteur à lames souples dont l'enroulement de commande est lui-meme en série sur l'une des phases actives ou neutre du réseau. En effet, utilisé avec un enroulement de commande alimenté en courant alternatif, le pourcentage de retour d'un interrupteur a lames souples est avantageusement de l'ordre de 85 à 90 %, ce qui permet d'assurer son fonctionnement dans des limites étroites bien déterminées. De préférence cependant, ce pourcentage de retour est encore amélioré, en disposant un tel interrupteur à lames souples à l'ìn- térieur d'un tube métallique amagnétique, lui-meme entoure par l'enroulement de-commande associé, tel que décrit dans le brevet français NO 71 04379 du 10 février 1971. Cette disposition qui est avantageuse, mais non impérative, favorise en effet une augmentation importante du pourcentage de retour, qui atteint une valeur très proche de 100 %. En outre, l'enroulement de commande d'un interrupteur à lames souples de ce type peut aisément être changé, ce qui permet de modifier la sensibilité de la détection assurée, dans une gamme allant par exemple de 1 milliampère à 60 ampères. L'ensemble de ces dispositions conduit avantageusement à la réalisation d'un relais de performance intéressante, d'un prix extremement bas, d'un encombrement réduit, de consommation faible et d'une grande fiabilité, ce relais se pretant en outre facilement à des réglages et modifications de calibre, dans une large gamme, et pouvant donner lieu à une réalisation à circuit imprimé susceptible d'une mise en place par embrochage sur emplacement normalisé, sans aucun câblage. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma d'ensemble du dispositif de protec tion suivant I1 invention la figure 2 est une vue en perspective, qui en illustre une réalisation ; la figure 3 est une vue partielle en élévation-coupe de cette réalisation, qui en illustre plus particulièrement l'un des organes. La figure 1 concerne l'application de l'invention à la protection ampèremétrique deux phases et homopolaire d'un quelconque réseau triphasé. I1 s'avère en effet, ainsi qu'il est connu, que pour la protection de défauts entre phases, il suffit dans ce cas de deux relais, et que pour la protection d'un quelconque défaut entre phase et terre, il suffit d'un relais sensible à la composante homopolaire des trois phases. Sur la figure 1, on a désigné par lOA, lOB les enroulements de relais ou détecteurs de seuil ampèremétrique en série sur deux quelconques des phases A, B du réseau, et par lOC l'enroulement dssun relais ou détecteur de seuil ampèremétrique semblable, en série sur le neutre de ce réseau. Selon un des aspects de l'invention, ces enroulements lOA, lOB, lOC commandent chacun un interrupteur à lames souples, respectivement llA, llB, llc. Les interrupteurs à lames souples llA, llB sont montes-en parallèle,entre les bornes 12, 12' d'une source de courant continu, en série avec une résistance 13P et un circuit intégrateur 14P formé d'un condensateur 15P doublé par une self 16P. De manière semblable, l'interrupteur à lames souples llC est monté en série avec une résistance 13N et un circuit intégrateur 14N formé d'un condensateur 15N et d'une self 16N. Tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 1, les selfs 16P, 16N pilotent respectivement des contacts interrupteurs 17P, 17N montés en parallèle. Ces contacts interrupteurs sont en série avec une résistance 19 et un temporisateur 20 qui, selon l'invention, comporte en série l'enroulement de commande 21 d'un interrupteur à lames souples 22, un interrupteur commandé 23 et une résistance 24. De préférence, et tel que représenté, l'interrupteur commandé 23 est constitué par un transistor, et ce premier transistor 23 est associé avec un deuxième transistor 25 pour constituer un circuit amplificateur du type dit circuit de DARLINGTON. L'enroulement de commande 21 de l'interrupteur à lames souples 22 est doublé par une diode de protection et d'orientation 26. Un circuit de temporisation, formé d'une résistance 27 et d'un condensateur 28 en série avec ladite résistance, est établi en dérivation aux bornes de l'ensemble formé par l'enroulement de commande 21 de l'interrupteur à lames souples 22 et l'interrupteur commandé 23 disposé en aval de cet enroulement de commande. Le point milieu du circuit de temporisation 27, 28 est relié à la base du transistor 25 associé au transistor constituant ltin- terrupteur commandé 23. Deux diodes Zener 30, 31 en série sont établies en dérivation aux bornes du circuit de temporisation 27, 28, la diode Zener 30 étant elle-meme établie aux bornes de l'ensemble formé par l'en- roulement de commande 21 de l'interrupteur à lames souples 22 et l'interrupteur commandé au transistor 23 disposé en aval de cet enroulement de commande ; cet interrupteur ou transistor 23 est doublé par une résistance 33. L'interrupteur à lames souples 22 est interposé sur le circuit d'alimentation d'un quelconque dispositif d'intervention et, pour ce faire, ltune de ses bornes est reliée à la borne 12 du dispositif, tandis que l'autre de ses bornes est reliée à une autre borne 32 de ce dispositif, cette dernière étant susceptible d'être reliée au dispositif dtintervention en question. Enfin, dans l'exemple représenté, une borne supplémentaire 35 est prévue, qui est reliée directement aux contacts interrupteurs 17P, 17N, et entre deux autres bornes 36, 36' du dispositif est établi un contact interrupteur 37 supplémentaire pour la mise en oeuvre d'autres organes tels qu'enregistreur, dispositif de signalisation, dispositif de verrouillage ou autre, ce contact interrupteur 37 étant par exemple commandé par les enroulements ou relais de phases lOA, lOB. Lorsque l'un des enroulements ou relais ampèremétriques 10A, lOB, 10C est le siège d'une surintensité due à un quelconque défaut, il commande alternativement en ouverture et en fermeture l'interrupteur à lames souples llA, llB, llC correspondant ; après intégration, la self 16P, 16N de l'intégrateur 14P, 14N correspondant commande elle-meme en fermeture le contact interrupteur 17P, 17N correspondant. Dès la fermeture de ce contact interrupteur 17P, 17N, le condensateur 28 commence à se charger, à travers la résistance 27. La tension aux bornes de ce condensateur est avantageusement stabilisée par les diodes Zener 30, 31 de sorte que sa charge se fait avantageusement à tension constante Conjointement, une tension s'établit entre collecteurs et émetteurs des transistors 23, 25, cette tension étant avantageusement stabilisée par la diode Zener 30. Conjointement également, un courant circule à travers lten- roulement de commande 21 de l'interrupteur à lames souples 22 et la résistance 33, mais celle-ci est choisie de manière telle que ce courant reste inférieur au seuil de courant susceptible dé provoquer la fermeture de l'interrupteur à lames souples 22. Lorsque la tension aux bornes du condensateur 28 dépasse le niveau de référence défini par la diode Zener 31 et les tensions entre émetteurs et bases des transistors 23, 25, un courant de base s'amorce au travers de ces derniers. Lorsque ce courant de base atteint une valeur égale au quotient du courant qui reste à fournir à l'enroulement de commande 21 de l'interrupteur à lames souples 22 pour fermeture de celuici, par le produit du gain de ces transistors, ltinterrupteur à lames souples 22 se ferme. Ce courant complémentaire peut étre très faible. Si par exemple, la résistance 33 est choisie pour qu'avant déclenchement le courant circulant à travers l'enroulement de commande 21 est de 3 milliampères pour un seuil de fonctionnement de 4 mA et si le gain de chaque transistor 23, 25 fonctionnant en amplificateur est de l'ordre de 150, l'enroulement 21 commande la fermeture de l'interrupteur à lames souples 22 pour un courant de base de l'ordre de 45 nanoampères. Ainsi, le courant à prélever aux bornes du condensateur 28 est très faible, ce qui permet l'utilisation d'un condensateur de très faible capacité, de l'ordre de 10 microfarads par exemple, et notamment d'un condensateur au papier, avec les avantages que cela comporte, tel qu'explicité ci-dessus. I1 est possible avec un tel condensateur d'obtenir une temporisation de dix minutes avec un temps d'intégration constant de l'ordre d'une milliseconde environ. L'interrupteur à lames souples 22 s'étant fermé, le disjoncteur ou autre organe d'intervention qu'il commande est mis en oeuvre. Lorsque le contact interrupteur 17P, 17N ayant amorcé ce processus se trouve rappelé en ouverture, le condensateur 28 se décharge très rapidement dans la résistance 24, à travers les diodes base émetteur des transistors 25, 23, et dans ce but la résistance 24 est choisie de valeur relativement faible. Lorsqu'on désire une temporisation très précise entre deux fonctionnements espacés, une résistance de grande valeur 34 est établie en dérivation par rapport aux contacts interrupteurs 17N, 17P, tel que schématisé en traits interrompus sur la figure 1. Cette résistance 34 maintient le condensateur 28 chargé à la tension base émetteur des transistors 23, 25. De préférence, la résistance 27 est faite ajustable, soit qu'il s'agisse d'un potentiomètre, soit que cette résistance soit interchangeable. Quoi qu'il en soit, une simple modification de cette résistance permet de faire varier la temporisation obtenue d'une milliseconde à dix minutes par exemple, le temps d'intégration demeu rant de l'ordre d'une milliseconde environ. Le dispositif selon l'invention se prete à une réalisation suivant laquelle tous ses éléments sont rapportés sur une plaquette de base 40, figure 2, servant de support à un circuit imprimé assurant lBs connexions nécessaires. Cette plaquette 40 est avantageusement embrochable sur des bornes à emplacement normalisé et de préférence la résistance 27 qui permet de varier la temporisation obtenue est elle-meme montée embrochable sur cette plaquette. De même, et tel qu'illustré parla figure 3, qui concerne à titre d'exemple l'enroulement 10A et l'interrupteur à lames souples lIA associé, cet enroulement lOA est disposé autour d'un tube 41 en métal amagnétique fixé en épi sur la plaquette 40, ce tube 41 contenant l'interrupteur à lames souples 1ZA et servant de conducteur. Cette disposition, décrite dans le brevet français N 71 04379 mentionné ci-dessus, permet un changement aisé de l'enroulement de commande 10A, ce qui rend possible de modifier la sensibilité du relais ampèremétrique ainsi constitué. Des dispositions analogues sont adoptées pour les interrupteurs à lames souples llB, llC et leurs enroulements de commande. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution. REVENDICATIONS 1. Dispositif ourla protection ampèremétrique d'un réseau triphasé avec temporisation statique à temps constant, caractérisé en ce qu'il comporte, en série entre les bornes d'une source de courant continu, un contact interrupteur piloté par un relais as; servi à au moins un détecteur de seuil ampèremétrique, l'enroule- ment de commande d'un interrupteur à lames. souples et un interrupteur commandé doublé par une résistance, ledit interrupteur commandé étant asservi à un circuit de temporisation établi en dérivation aux bornes de l'ensemble formé par ledit enroulement de commande et ledit interrupteur commandé, par l'intermédiaire d'un amplificateur, et ledit interrupteur à lames souples étant interposé sur le circuit d'alimentation d'un quelconque dispositif d'intervention tel que disjoncteur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrupteur commandé et l'amplificateur sont formés conjointement par deux transistors montés en circuit de DARLINGTON. 3. Dispositif'suivant. la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de temporisation comporte un condensateur au papier ou polycarbonate métallisé. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de temporisêtion comporte une résistance réglable. 5. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de temporisation comporte une résistance interchangeable. 6. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une diode d'orientation et -de protection est établie aux bornes de l'enroulement de commande de l'interrupteur à lames souples. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que deux diodes Zener en serie sont établies en dérivation aux bornes du circuit de temporisation, l'une de ces diodes Zener étant établie aux bornes de l'ensemble formé par l'enroulement de commande -de l'interrupteur à lames souples et l'interrupteur commandé associé. 8. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le contact interrupteur est doublé par une résistance. 9. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le relais qui pilote le contact interrupteur est formé par la self d'un intégrateur en série avec un interrupteur à lames souples dont l'enroulement de commande est en série sur l'une des phases actives ou neutre du réseau. 10. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il y a deux cnntacts interrupteurs en parallèle, l'un piloté par un relais asservi en parallèle à deux détecteurs de seuil ampèremétrique placés entre phases, autre piloté par un relais asservi à un détecteur de seuil ampèremétrique homopolaire.