Brevet FR2220795A1 — publié le 19741004

La présente invention concerne les interrupteurs ou disjoncteurs de sécurité destinés à isoler ou de connecteur automatiquement, tout ou partie d'un réseau de distribution monophésé lorsqu'une fuite à la terre se produit, protégeant ainsi l'utilisateur en cas de contact accidentel avec un conducteur sous tension. Les disjoncteurs de sécurité pour courant de défaut connus à ce jour soht du type électromagnOtique; ils sont composés d'un relais électromécaniques enclenché ou réarmé manuellement, dont le déclenchement ou l'ouverture est provoquée par le courant de défaut A la terre0 Dans ce type de disjoncteur le courant de défaut provoque l'apparition d'un courant dans l'enroulement d'un d'un transfozmateur - généra- lement en forme de tore -qui comporte par ailleurs deux autres enroulements égaux traversés par le courant d'utilisation; en régime normal, un courent égale mais de sens contraire, traverse donc ces deux enroulements, et si le transfo est bien équi- libré il n'y a aucun flux résultant et aucun courant n'apparait dans le troisième enroulement. Par contre si une déviation à la terre se produit, l'équilibre des courante traversans le transfo est rompu et un courant apparaît dans le troisième enroulement. C'est ce courant qui, agissant directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur électronique sur un relais sensible, déclenche le relais principal de coupure. Du fait de l'utilisation de la différence des flux, donc des courants Al- ler et retour, ces disjoncteurs sont généralement connus sous le nom de disjonc teurs diff6rentiels. Ces disjoncteurs fonctionnent en géné rai assez bien pour des désequilibres ou courant de fuite important de l'ordure de quelques dixièmes d'ampères par exemple; ce qui convient parfaitement pour la protection des installations mais ntest pas suffisant pour la protection des personnes; par contre, lorsqu'on veut descendre à quelques milliampères, leur construction devient difficile et leur fonctionnement moins str. Or les derniers travaux connus montrent qu'un courant de quelques mA seulement traversant le corps huitain sons certaines conditions est dangereux; des cas mortels ont été constatés avec des courants de l'ordre de 5 mA.D'autre part ces disjoncteurs différentiels sont d'autant plus lents qu'ils sont plus sensibles, et de plus ils ne supportent pas les vibrations ni les chocs0 Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients. Dans celui-ci en effet la sensibilité peut être pousse aussi loin qu'on le veut quelques dizaines de micro-ampères par exemple c'est-à-dire bien en dessous du seuil dangereux; et d'autre part le réarmement est automatique des que le courant de défaut disparatt; il ne provoque donc pas d'arrêt sensible lors de contacts accidentels brefs et n'apporte pas de gêne dans le travail-de l'utilisateur. D'autre part, entièrement statique, il est beaucoup plus rapide que le système éleetromecaniqus et sa vitesse de réponse est indépendante de sa sensibilité; il est en outre insensible aux vibrations et aux chocs0 Sa construction est aisée car elle ne comporte aucun réglage délicat comme c'est le cas avec des relais électromé cantiques. Enfin, son volume peut outre, pour les petites intensités, très réduit. Le dispositif objet de l'invention comporte essentiellement deux semi-conducteurs; deux triace - ou thyristors bidirectionnels - disposés sur chacun des fils reliant la charge au réseau de distribution. Ces triacs coupent automatizuement le cirouit à chaque passage du courant par zéro; à chaque demi alternance ils ne sont remis à feu qu'avec un retard de quelques centaines de micro-secondes, et pendant cette coupure, au début de que chaque alternance, un dispositif électronique mesure le courant de fuite à la terre et n'autorise la mise à feu que si ce courant de fuite est inférieur à la valeur maxima choisie celle-ci pouvant notre que de quels ques dizaines de micro-empères seulement. La Pig. 1 montre, à titre d'exemple, une réalisation du dispositif suivant l'invention. Sur chacun des conducteurs 18 et 19 reliant la charge I au réseau 42 sont disposés les triacs 2 et 3. Ceux-ci sont mis à feu à chaque alternance par le tranSfo d'impulsion 5 et le dispositif à seuil du genre unijonction 6, dont la ton- sion de seuil est choisie de quelques volts seulement; le semi conducteur 6 est alimenté par le circuit RC composé de la résistance 7 et du condensateur 8, choisis en fonction de la tension d'éclatement de 6 pour donner un retard de quelques centaines de micro-secondes. la charge du condensateur 8 qui conditionne la mise à feu des triacs de cou- pure 2 et 3 ne peut avoir lieu à travers les résistances 7 et 11 par le pont redresseur 10 et la diode limitatrice zener 12, que si le thyristor de petite puissance 13 n'est pas lui-mSnn allumé. Or, à chaque alternnnce, le thyristor 13 est mis à feu sans retard si sa polarisation - aux bornes de la résistance 14 - est supérieure à une certaine valeur, et cette polarisation est fonction du courant qui circule alors dans les résistances 14 - 15 - 16 - 17 et 22 qui figure la résistance à la terre du contact accidentel.Le choix des valeurs de 14 - 15 - 16 et 17 conditionne donc la valeur -minima de 22; en d'autres termes la valeur du courant de dé- faut au dessus de laquelle les deux triacs 2 et 3 ne peuvent devenir conducteurs. A titre d'exemple, si l'on fixe à 1 mA le courant de défaut toléré les ordres de grandeur des résistances 14 - 15 - 16 et 17 sont respectivement de 20 kilo-obms, 150 kilo-ohms et 50 kilo-ohms pour 16 et 17. On voit ainsi que devant une résis tance totale de l'ordre de 200 kilo-ohms, le fonctionnement du dispositif n'est pas influencé par la résistance, quelque soit sa valeur de mise à la terre du réseau fiente en 21. Dans ce mode de réalisation, représenté par le schéma de la Fig. 1, le réarmement est automatique dès que le courant de défaut a disparu; les deux triacs 2 et 3 sont de nouveau rendus conducteurs à la première alternance qui suit la disparition du défaut. Ainsi, en cas de contacts accidentels, mime fréquents mais de courte durée, la durée d'interruption peut autre très courte et pratiquement sans influence sur la charge, bien que la fonction de protection soit parfaitement remplie. Dans une variante de réalisa-tion du dispositif suivant l'invention représentée par le schéma de la Fig. 2, on a cependant montré une possibilité de verrouiller le blocage de l'interrupteur en position ouverte après un premier défaut. Dans cette variante, représentée en Fig. 2, le verrouillage est réalisé par la cellule photoélectrique 28 qui remplace la résistance de charge 7 de la Figez 1 et le tube au néon 27 branché, par l'intermédiaire de la résistance 26, aux bornes de la charge I. En effet, la résistance de la cellule 28 - non éclairée - est choisie assez forte pour que la charge du condensateur 8 ne puisse atteindre le seuil d'éclatement de 25. On remarque que ce dispositif 25 - qui remplace le 6 de la Fig. 1 - qui était alimenté en courant redressé, est ici un dispositif unijonction bidirectionnel, car il est alimenté directement en alternatif à travers 11 et 28. Pour la mise en route, le poussoir 29 permet de connecter la résistance 7 en parallèle sur la cellule 28 pour provoquer la charge de 8 et l'allumage de 2 et 3; une fois le courant établi dans la charge I, le tube au néon 27, branché aux bornes de cette charge, s'illumine et éclaire la cellule 28 ramenant sa résistance à une valeur permettant la charge de 8. En choisissant une vitesse de réponse plus ou moins grande pour la cellule 28, on peut aussi conserver le réarmement automatique pour des contacts accidentels tz. bre 3 ew obtenir le verrouillage pour des défauts à la terre de plus longue durée. Il est bien entendu que ce schéma de verrouillage n'est donne qutâ titre exemple et peut Outre réalisé par tout autre dispositif, tels les montages à bascules bistables bien connus en technique électronique. Sur cette même variante, montrée en Fig. 2, on voit également que la tension d'essai sous laquelle se fait, au début de chaque alternance, la mesure du courant de fuite, est ici fourni par la diode 33 régularisée par le condensateur 32, est égale approximativement à la tension de pointe du réseau0 On pourrait d'ailleurs utiliser un doubleur de tension ou m & e une tension égale à plusieurs fois celle du réseau de distribution, de façon à mettre en évidence des défauts d'isclements potentiels qui ne se manifestent pas, ou pas encore, à la tension normale de distribution.Sur ce mtme montage, le thyristor de blocage 13 de la Pig. 1 est remplacé par le trias 31, et la diode zener 12 de la Fig. 1 par les deux zeners 12 et 30 agissant dans les deux sens. Une autre variante du dispositif suivant l'invention et non montrée ici, peut comporter un amplifioateur électronique dont la technique est par ailleurs bien connue, inséré par exemple, dans le cas de la Fig. 1, entre la résistance 14 et la gachette du thyristor 13, et entre la résistance 14 et la gachette du triac 31 dans le cas de la Fig. 2. L'adjonction e cet amplificateur permet alors d'augmenter encore la sensibilité du dispositif et de le rendre sensible à des fuites de quelques micro-ampères, même sous des tensions très faibles, et ceci peut autre utile pour la protection d'appareils de laboratoire ou d'études médicales. Une autre variante consiste à rendre variable la résistance 14, en la rempla- çant par exemple par un potentiomètre qui permet alors de modifier à tout instant, par la simple manoeuvre de ce potentioaètre la sensibilité du dispositif décrit ci-dessusO REVEN D I a A T I O N S 1. Dispositif électronique de mesure en charge, du courant de défaut à la terre permettant de réaliser un interrupteur s tatique de protection contre les contacts accidentels sur les réseaux monophasés et caractérisé par le fait aucun semi-conducteur, geure triac, est placé sur chacun des conducteurs du réseau de distribution et que l'allumage, légèrement retardé de ces triacs, n'est possible que si le courant de fuite à la terre, mesuré pendant que la charge est isolée du réseau distributeur, est inférieur à un seui rzdalablement fixé. 2.- Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que le courant est automatiquement rétabli dès que le courant de fuite retombe en dessous de la valeur de seuil fixée. 3. Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que la remise en route, après disparition du défaut, peut être temporisée, ou mtme verouillée, afin que cette remise en route ne puisse se faire que sur ordre. 4. Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que le blocage de l'allumage des triacs peut être temporisé, ou codé, en fonction d'an autre paramètre 5.- Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que la réa- lisation entièrement s tatique de l'interrupteur de sécurité à l'aide de semi conducteurs et à l'exclusion de tout relais électromagnétique, le rend insensible aux chocs, vibrations ou accélérations même importantes0 6.- Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que ltem- ploi de circuits intégrés peut, pour les petites intensités, réduire l'encombrement du dispositif d'une façon telle qu'il puisse être logé à l'intérieur d'une prise de courant du modèle habituels 7. Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que la sensibilité peut être rendue aussi grande qu'on le désire et que cette sensibilité et par conséquent le courant de défaut à détecter, est indépendant du pouvoir de coupure de l'interrupteur ainsi réalisé. 8.- Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que la mesure du courant de fuite à la terre peut être effectuée avec une tension différente - supérieure ou inférieure à celle du réseau - et de caractéristique de fréquence différente ou en courant continu de la polarité désirée0 9.- Dispositif suivant la revendication lo caractérisé par le fait que la mesure du courant de fuite peut être alternativement et automatiquement réalisé en courant continu de polarité alternée. 10.- Dispositif suivant la revendication 1. caractérisé par le fait que la vitesse de réponse, inférieure ou au plus égale, à la durée d'une demi-période du réseau de distribution et que cette vitesse est indépendante de la charge et de la sensibilité.