Brevet FR2267646A1 — publié le 19751107

L'invention est relative à un dispositif de protection contre les secousses électriques. Un but de l'invention est de fournir un dispositif de protection cortre les secousses électriques qui évite d'utiliser un transformateur différentiel. Un autre but de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit de construction bon marché. Un autre but encore de l'invention est de fournir un tel dispositif qui soit sensible. Confornément à l'invention, il est prévu un dispositif agencé de manière à déconnecter une charge d'une source d'énergie électrique en cas de fuite de courant dans cette charge, lequel dispositif comprend une bobine d'excitation agencée de manière à être connectée à une source principale, un premier interrupteur capable de se fermer lors de l'excitation de la bobine pour connecter la charge à la source d'énergie électrique, un transistor connecté à la bobine d'excitation et comportant des moyens de commande, ce transistor et ses moyens de commande étant agencés pour être connectés à la charge, de telle manière que lorsqu'une fuite de courant se produit à l'intérieur de la charge, le transistor est polarisé et désexcite la bobine pour ouvrir le premier interrupteur précité. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-desscus de certains de ses modes de réalisation,pris à titre illustratif mais nullement limitatif,effectuée en se référant aux dessins annexés, dans lesquels les figures 1 à 4 représentent respectivement quatre modes de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre les circuits d'un dispositif de protection contre les secousses électriques qui est agencé de manière à être connecté entre une charge et une source d'énergie électrique. Lorsqu'une fuite de courant se produit à l'intérieur de la charge, le dispositif conforme à l'invention a pour rôle de deconnecter la charge de la source principale d'énergie électrique. Le dispositif de la figure 1 comporte un interrupteur S1, muni de deux bras de contact Sp et Sn, qui, en position de fonctionnement, sont agencés pour établir un contact respectivement avec la ligne de phase P et la ligne neutre N. Les bras Sp et 5n de l'interrupteur S i sont agencés de manière à être connectés à un second interrupteur S,, muni aussi de deux bras de contact Sp2 et son2. L'interrupteur S est agencé pour être actionné par un interrupteur à bouton poussoir S3 qui est connecté à une bobine d'excitation K par l'intermédiaire d'un redresseur D1 et d'une résistance R1.L'interrupteur S3 est normalement ouvert, tandis qu'un second interrupteur S4, qui est normalement fermé, est également connecté à la bobine d'excitation K par l'intermédiaire du redresseur D1 et de la résistance R1. L'interrupteur S3 est normalement ouvert tandis qu'un autre interrupteur S4, qui est normalement fermé, est également connecté à la bobine d'excitation K par l'intermédiaire du redresseur D1 et de la résistance R1. Un condensateur C1 est monté aux bornes de la bobine K. Les bornes de phase et neutre d'une charge L sont connectées au second interrupteur S2 tandis que la borne de masse de la charge L est connectée à la borne de masse E du dispositif à travers une résistance d'isolement R3. En outre, la bobine K est connectée à la charge L par l'intermédiaire d'un transistor T et d'une résistance R4. Lorsqu'on actionne l'interrupteur S1, de telle manière que les bras S et 5n établissent un contact avec des bornes a1 p et a2 et que l'on ferme l'interrupteur à bouton poussoir S3, un courant s'écoule vers la résistance R1 et le redresseur D1 et la bobine K est excitée. Le résultat de cette excitation de la bobine K est que l'interrupteur S2 est fermé et qu'ainsi la charge L est connectée a' la source d'énergie électrique. L'interrupteur à bouton poussoir S3 est relâché aussitôt après son actionnement. Toutefois, du fait que l'interrupteur S4 est maintenant fermé, un courant s'écoule vers la bobine d'excitation K à travers l'interrupteur S4 qui est normalement fermé. En supposant qu'aucune fuite de courant ne se produise dans la charge L, le transistor T1 n'est pas polarisé et, dans ces conditions,la bobine K demeure excitée. Ainsi pour déconnecter la charge L de la source d'énergie électrique, l'interrupteur S1 est ouvert. Toutefois en supposant qu'une fuite se produise dans ia charge L, de telle manière qu'une tension soit détectée par la résistance R4, cette tension, cette tension polarise le transistor T1. Lorsque le transistor T1 est polarisé la bobine K est désexcitée et l'interrupteur S2 s'ouvre, ce qui déconnecte la charge L de la source d'énergie électrique. On va considérer maintenant l'interrupteur S1 qui, outre son rôle de connecter le dispositif à la source d'énergie fonc lionne aussi comme inverseur. Les bras S et Sn de l'interrup- p n teur S1 constituent un inverseur à deux voies, qui peut établir un contact soit avec les contacts a1 et a21 soit avec les contacts b1 et b2 prévus dans cet interrupteur. Comme on le voit sur les figures, une ampoule indicatrice B est prévue entre le contact b1 et la ligne de masse. En supposant qu'aucun défaut n'existe dans la polarité de la connexion de la ligne de la source d'éénergie, les bras de contact Sp et 5n de l'interrupteur S1 établissent un contact avec les contacts a1 et a2, l'ampoule n'é- claire pas.Le contact b est agencé pour être connecté au contact a2 qui est la borne neutre du dispositif, tandis que le contact b2 est agencé pour être connecté au contact a1 qui est la borne de phase du disposntif. Dans ces conditions, lorsque la polarité de la connexion de la ligne de la source d'énergie est correcte, une faible puissance est appliquée aux bornes de l'ampoule indicatrice B. Du fa,t que cette puissance est négligea sole, l'ampoule B n'éclaire pas.Toutefois, s'il existe un défaut dans la connexion de la ligne de la source d'énergie et que la ligne de phase de la source soit connectée à la borne neutre cu dispositif et si la ligne neutre de la source est connectée à la borne de phase du dispositif, et qu'on ferme l'interrupteur de de telle manière que les bras Sp et Sn établissent un contact avec les contacts a1 et a2, l'ampoule B s'éclaire et fournit a un opérateur une indication visuelle du défaut.Dans ce cas, les bras Sp et Sn sont inversés de manière à établir un contact avec les contacts b1 et b et, dans ces conditions, les bornes de phase et neutre de la charge scnt connectées correctement aux bornes de phase et neutre de la source d'énergie électrique. il est évident que le dispositif de la figure 1 n'a d'efficacité qu'à l'égard des fuites se produisant à l'intérieur de la charge. Toutefois aucune protection n'est assurée par le dispositif de la figure 1 dans le cas où un etre humain entre en contact avec un conducteur électrique de la charge et qu'il est traversé par un courant f=ectrique. 73ne telle protection est assurée par le dispositif de ia figure qui qui assure en premier lieu une protection contre les fuites qui se produisent à l'in térieur de la source et en second lieu une protection contre les secousses électriques importantes subies par un être humain qui entre en contact avec un conducteur électrique sous tension de la charge. Le circuit de la figure 2, pour la protection contre les fuites intérieures à la charge est de construction et de fonctionnement similaires à ceux du dispositif de la figure 1. Aussi, pour ne pas allonger la description, on ne décrira pas de nouveau cette partie. On se reportera maintenant à la partie du dispositif qui est prévu pour la protection d'un être humain contre les secousses électriques, lorsque celui-ci entre en contact avec un conducteur sous tension de la charge, et qui est constitué par un transformateur i courant TR1 dont l'enroulement primaire est connecté au transistor T1 par l'intermédiaire d'un redresseur D2. En outre, une résistance R5 et un condensateur C2 sont connectés à des contacts Cx et C d'un quatrième interrupteur S4. y A la fermeture des interrupteurs S1 et S3-, la charge L est agencée pour être connectée à la source générale d'énergie électrique, ceci d'une manière qui a été décrite à propos de la figure 1. Dans ces conditions, l'interrupteur à bouton poussoir S3 est momentanément fermé, ce qui excite la bobine K et ferme l'interrupteur S2; le circuit est ainsi fermé entre la charge L et la source d'énergie électrique. L'interrupteur S, demeure en position de fermeture jusqu'à ce que l'interrupteur S4 soit ouvert ou qu'une fuite intervienne à l'intérieur de la charge ou qu'un court-circuit -se produise au contact d'un être humain avec un conducteur sous tension de la charge.Supposant qu'une fuite se produise à l'intérieur de la charge, -l'iter- rupteur S2 s'ouvre de la manière déjà décrite à propos de la figure 1. Toutefois, on considèrera maintenant le fonctionnement du dispositif lorsqu'un être humain entre en contact avec un conducteur sous tension de la charge. Dans les conditions normales de fonctionnement du dispositif, à savoir lorsqu'aucun courtcircuit du au contact d'un être humain avec un conducteur sous tension ne se produit, une tension secondaire est induite dans l'enroulement secondaire TRS, qui est proportionnelle au courant de la charge. La tension aux bornes de l'enroulement secondaire TRS charge le condensateur C2. Une fois le condensateur S C2 complètement chargé, aucune tension n'apparaît aux bornes de la résistance R5 et, de ce fait, le transistor T1 n'est pas commandé.Comme on le voit sur la figure 2, la résistance R5 est connectée aussi au transistor T1.Toutefois, lorsque se produit une fuite due au contact d'un être humain-avec un conducteur sous tension de la charge, la tension secondaire augmente, ce qui entraine une augmentation de la charge du condensateur C2. Sous l'action d'une telle augmentation de la charge du condensateur C2, une tension apparaît aux bornes de la résistance R5, qui polarise le transistor T1 et désexcite la bobine K; dans ces conditions, l'interrupteur S2 s'ouvre. Un inconvénient présenté par un tel dispositif concerne l'opération d'enclenchement de celui-ci. Lorsqu'on enclenche le dispositif, et que par conséquent la charge se trouve connectée à la source énergie électrique, une tension instantanée est induite dans l'enroulement secondaire TRS du transformateur TR1, qui apparaît aux bornes de la résistance R5 et entraîne ainsi la polarisation du transistor T1 et la désexcitation de la bobine K, avec l'ouverture de l'interrupteur S2. En vue d'éviter une telle ouverture de l'interrupteur S2, au cours de l'opération d'enclenchement du dispositif, l'interrupteur à bouton poussoir S3 peut être maintenu enfoncé pendant une courte période de temps, par exemple une demi-minute, jusqu'à ce que le condensateur C2 soit complètement chargé.Selon une variante, ainsi qu' on l'a indiqué en pointillé, la résistance R5 peut être connectée aux contacts d1 et d2 de l'interrupteur S3 et ceci de telle manière qu'au cours de la fermeture de l'interrupteur S3, la résistance Rg soit court-circuitée. Un autre inconvénient que peut présenter un tel dispositif, se produit lorsqu'il est utilisé avec des charges de différentes valeurs. En supposant que le dispositif a été utilisé tout d'abord avec une charge de valeur élevée et qu'il est utilisé ensuite avec une charge de valeur plus faible, le condensateur C2 aura été chargé à un potentiel plus éleve par la première charge, et par conséquent aucune tension n'apparaîtra aux bornes de la résistance R5, même lorsqu'un être humain entre en contact avec un conducteur sous tension et dans le cas où le dispositif est connecté à une seconde charge, d'une valeur plus faible que la première Pour obvier à un tel inconvénient, le condensateur C2 est connecté aux contacts Cx et Cy de l'interrupteur S4, de telle manière que le condensateur C- puisse être court-circuité lors de l'ouverture de l'interrupteur S4 et avant que le dispositif soit commuté d'une charge à l'autre. Le dispositif est alors prêt à être connecté à une charge différente. On se rèportera maintenant à la figure 3, pour laquelle un amplificateur est incorporé au dispositif de l'invention, et a pour but d'augmenter la sensibilité du dispositif. Le circuit de la figure 1, pour la protection contre les fuites intérieures à la charge, est incorporé au dispositif de la figure 3. Le circuit pour la protection contre les secousses électriques d'un être humain entrant en contact avec un conducteur sous tension de la charge est constitué par un premier transformateur de courant TR2 prévu dans la ligne de phase et par un second transformateur de courant TR3 prévu dans la ligne neutre du dispositif. Le secondaire du transformateur TR2 est connecté à une résistance détectrice R6 à travers une diode D3 tandis que le secondaire du transforeateur TR3 est relié à la résistance R6 à travers la diode D4.La résistance R6 est une résistance de polarisation, ou résistance détectrice, pour le transistor T2. . Le transistor T est couplé au transistor T1, tandis que le redresseur D5 et les résistances R7 et R8 sont connectés au transistor T2 de manière normale. Le secondaire du transformateur TR2 est connecté en opposition par rapport au secondaire du transformateur TR3. Lorsque les tensions induites dans les secondaires des transformateurs TR2 et TR3 sont égales, ce qui est la condition qui correspond au cas où aucun contact n'existe entre un être humain et un conducteur sous tension de la charge, aucune tension n'apparaît aux bornes de la résistance R6.Toutefois, lorsqu'un être humain entre en contact avec un. conducteur sous tension du circuit de charge, les tensions induites dans les enroulements secondaires des transformateurs TR2 et TR3 cessent d'être égales et une tension apparaît aux bornes de la résistance R6, laquelle tension est amplifiée par le transistor T1 et le circuit est ensuite coupé de la manière déjà décrite à propos de la figure 1. On va se reporter maintenant à la figure 4 qui illustre un dispositif comportant un amplificateur pour accroître sa sensibilité. Le dispositif de la figure 4 comprend lui aussi le circuit de protection contre les fuites de courant intérieures à la charge, qui a été déjà décrit à propos de la figure 1. Le circuit de protection contre les secousses électriques subies par un être humain, qui entre en contact avec un conducteur sous tension de la charge, est constitué par un premier trans formateur de courant TR4 prévu dans la ligne de phase et par un second transformateur de courant TR5 prévu dans la ligne neutre. Le secondaire de chacun des transformateurs TRq et TR5 sont connectés à une résistance détectrice R9. Sur le dessins cette résistance a été représentée sous forme d'un potentiomètre variable. Dans l'utilisation pratique du dispositif, la résistance variable Rg a pour but de régler l'équilibrage ou sensibilité du dispositif lors du montage du dispositif.Un transistor T3 est connecté au secondaire du transformateur TR4 tandis qu'un transistor T4 est connecté au secondaire du transformateur TR5. Les transistors T3 et T4 sont couplés à un transistor T5 en montage à émetteur suiveur par l'intermédiaire d'un condensateur de couplage C3 et d'une résistance R1l. Les résistances R12 et R13 et le redresseur D sont connectés au transistor T5 de la manière b normale. Un condensateur C4 est prévu avec la résistance R11 tandis que la résistance R1o est connectée au transistor T4. Le transistor T5 monté en émetteur suiveur est connecté au transistor détecteur 1 Les transistors T3 et T4 fonctionnent en amplificateur différentiel.Dans ces conditions, lorsque la charge L est connectée à la source d'énergie électrique à travers le dispositif de la figure 4 et en supposant qu'il n'y a pas de fuites à travers un être humain, les tensions induites dans les enroulements secondaires des transformateurs TR4 et TR5 sont égales et, de ce fait, aucun des transistors T3 et m5 n'est conducteur. Toutefois, s'il existe une fuite, la tension de l'un des enroulements secondaires des transformateurs TR4 ou TR5 sera supérieure à celle de l'autre et cette tension apparaît aux bornes de la résistance détectrice R9 ce qui polarise les transistors T3 et T4. Le signal de l'amplificateur différentiel formé par les transistors T3 et T4 est pliqué à l'amplificateur constitué par le transistor T5 monté en émetteur suiveur qui l'amplifie et l'applique ensuite au transistor détecteur T1 Le dispositif fonctionne alors de la manière décrite à propos de la figure 1. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède,l'invention ne se limite nulleraent à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spnciale- ment envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. -REVENDICATIONS 1.- Dispositif agencé pour déconnecter une charge d'une source d'énergie électrique lorsqu'une fuite de courant se produit dans cette charge, caractérisé en ce qu'il comporte une bobine d'excitation agencée de manière à être connectée à une source principale d'énergie électrique, un premier interrupteur capable de se fermer lors de l'excitation de la bobine pour connecter la charge à la source d'énergie électriquess un transistor connecté à la bobine d'excitation et comportant des moyens de commande, ce transistor et ses moyens de commande étant agencés pour être connectés à la charge, de telle manière que lorsqu'une fuite de courant se produit à l'intérieur de la charge, le transistor est polaire et désexcite la bobine pour ouvrir le premier interrupteur précité. 2.- Dispositif selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'un second interrupteur est connecté entre la bobine d'excitation et la borne de phase du dispositif et que l'actionnement de ce second interrupteur excite la bobine et ferme le premier interrupteur. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second interrupteur est du genre à bouton poussoir et qu'un troisième interrupteur est connecté en parallèle sur le second interrupteur, ce troisième interrupteur étant normalement fermé et connecté entre la bobine d'excitation et le premier interrupteur. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens, pour empêcher des secousses électriques d'être appliquées à un être humain entrant en contact avec un conducteur sous tension de la charge, qui sont constitués par un transformateur de courant connecté au premier interrupteur, le secondaire de ce transformateur étant connecté au transistor précité par l'intermédiaire de seconds moyens de polarisation, de telle manière que ce transistor soit capable d'être polarisé par les premiers-et/ou les seconds moyens de polarisation pour désexciter la bobine et ouvrir le premier interrupteur. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les seconds moyens de polarisation sont connectés aux bornes du secondaire de ce transformateur et sont constitués par un condensateur et une résistance montés en série. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour court-circuiter cette résistance et ce condensateur. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour empêcher une secousse électrique d'être appliquée à un être humain entrant en contact avec un conducteur sous tension de la charge et que ces moyens sont constitués par un premier transformateur de courant prévu dans la ligne de phase et par un second transformateur de courant prévu dans la ligne neutre, les secondaires de ces transformateurs étant connectés à un amplificateur différentiel par l'intermédiaire de moyens détecteurs, cet amplificateur différentiel étant connecté au premier transistor par l'intermediaire d'un amplificateur à transistor monté en émetteur suiveur. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des moyens détecteurs uniques sont prévus pour le premier et pour le second transformateur. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour empêcher qu'une secousse électriquevsoit appliquée à un être humain entrant en contact avec un conducteur sous tension de la charge et que ces moyens sont constitués par un premier et par un second transformateur de courant prévus respectivement dans la ligne de phase et dans la ligne neutre, un second transistor étant connecté aux enroulements secondaires de ces transformateurs par l'intermédiaire de seconds moyens détecteurs, ce second transistor étant couplé au premier transistor de telle manière que, lorsqu'une fuite de courant se produit dans le conducteur sous tension précité, le second transistor soit polarisé. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le secondaire du premier transformateur est monté en opposition par rapport au secondaire du second transformateur. 11.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que des moyens détecteurs uniques sont prévus et qu'ils sont constitués par une résistance.