Brevet FR2273389A1 — publié le 19751226

L'invention se rapporte à un déclencheur électronique destiné essentiellement à commander, en cas de défaut affectant un appareil électrique branché sur une ligne monophasée ou polyphasée, le fonctionnement d'organes de protection dudit appareil et notamment le déclenchement de l'ouverture de contacts de proteetion insérés dans les conducteurs de la ligne. L'utilisation de circuits électroniques pour réaliser un déclencheur pour disjoncteur éleetrique offre de nombreux avantages par rapport à l'utilisation de dispositifs classiques (lames bimétalliques pour les faibles surcharges et relais électromagnétiques pour les fortes surcharges) : accroissement de la sensibilité à la présence de défauts, élimination-de bobinages complexes difficiles à réaliser, simplification du réglage, amélioration de la fiabilités seuil de fonctionnement indépendant de la tension en ligne. Mais les circuits électroniques nécessitent une source d'alimentation auxiliaire indispensable à leur fonctionnement. Or, cette source ne peut être obtenue à partir de la tension électrique existant entre les conducteurs de la ligne, en raison de la réglementation actuelle qui régit la construction des appareilla- ges de protection électrique. En effet, cette réglementation impose dtune part une haute rigidité diélectrique entre les conducteurs de la ligne, et les essais de rigidité, effectués sous tension élevée, mettraient inévitablement hors d'usage des dispositifs d'alimentation branehis entre les conducteurs de la ligne. La réglementation impose d'autre part le maintien de la sécurité de fonctionnement 8me en l'absence de tension sur un quelconque conducteur de phase de la ligne. Or, dans un tel cas de défaut, lesdits dispositifs d'alimentation cesseraient de fonctionner et le déclencheur deviendrait inopérant. C'est pourquoi l'utilisation de circuits électroniques dans les appareillages de protection dlectrique n'a pu jusqu'ici s'étendre industriellement. La présente invention a pour but de créer un déclencheur électronique pour disJoncteur électrique qui satisfasse aux dispositions de la réglementation mentionnées ci-dessus, touchant la rigidité diélectrique et la sécurité de fonctionnement. A cet effet, l'invention a pour objet un déclencheur comprenant un circuit électronique dont l'ensemble des éléments est alimenté exclusivement à partir d'une tension prélevée sur au moins une impédance, qui est de préférence une résistance de faible valeur, traversée par le courant qui parcourt un conducteur de phase de la ligne électrique sur laquelle est branché llappa- reil à protéger. On entend par l'ensemble des éléments du circuit non seulement les éléments proprement dits de ce circuit, normalement groupés dans un bottier, mais encore les él6ments annexés à ce circuit qui peuvent en être relativement éloignés, tels en particulier que des sondes détectrices de défaut placées dans l'appareil à protéger. En principe, chaque conducteur de phase de la ligne électrique, qui peut être monophasée ou polyphasée, contient une telle impédance montée en série, les tensions apparaissant aux bornes de ces impédances étant soit combinées pour fournir une tension d'alimentation unique, soit utilises séparément, chacune d'elles fournissant une tension d'alimentation distincte. Chaque impédance utilisée selon l'invention est traver sée par le courant de phase correspondant et recueille à ses borne une chute de tension proportionnelle à I1 intensité de ce courant et mise à profit pour créer la tensien.atali.intation du circuit électronique. Ainsi, cette dernière n'est pas produite à partir ds tensions existant entre conducteurs de la ligne électrique et elle subsiste, lorsqu'elle est produite b partir de plusieurs iipédances, F8Ee si la tension de certains conducteurs de phase disparatt (si toutes les tensions de phase disparaissent, lecircuit de déclenchement na plus besoin de fonctionner, car la disjonction devient sans objet). La création de la tension d'alimentation à partir d'une seule impédance n'est envisagée que dans le cas où le défaut auquel est sensible le déclencheur correspondant est une surintensité sur le eonducteur de phase dans lequel est interposé ladite impédance- - et une absence de tension sur ce conducteur dénie évidemment toute possibilité de surintensité sur celui-ci, ce qui rend alors inutile le maintien du fonctionnement dudit déelencheur. La tension d'alimentation est de préférence, selon l'invention, une tension redressée obtenue au moyen d'un dispositif redresseur relié aux bornes d une ou de plusieurs impédances à travers un transformateur d'isolement élévateur de tension, poly phasé si l'on désire combiner les tensions prélevées sur plusieurs impédances interposées respectivement dans les conducteurs de phase d'une ligne polyphasée. Dans ce dernier cas, les enroulements du transformateur reliés aux impédances sont dotés d'un isolement suffisant pour satisfaire aux exigences des essais de rigidité diélectrique imposés par la réglementation. Un déclencheur éFectronique selon l'invention peut être commandé par des sondes détectrices de défaut, déjà mentionnées, pour actionner en cas de défaut correspondant un relais électromécanique qui déclenche l'ouverture des contacts de protection. I1 peut aussi fonctionner sous l'influence des variations d'amplitude de la tension d'alimentation produite à partir de la tension délivrée par ladite impédance, laquelle joue alors le ralle de détecteur de surintensité, le circuit électronique comportant un élément à seuil de tension régissant le fonctionnement du relais de déclenchement et associé de préférence à un circuit à constante de temps réalisant une temporisation de déclenchement. Un déclencheur électronique selon l'invention bénéficie de tous les avantages énoncés au début. I1 respecte aisément les normes de rigidité diélectrique et de sécurité de fonctionnement en cas de manque partiel de tension. Ses caractéristiques de fonctionnement sont indépendantes de la tension en ligne et ne dépendent que des seuils de fonctionnement prédéterminés de composants statiques, ce qui élimine tout réglage par un choix JudieieuK des différents éléments constitutifs. I1 est alimenté à partir d'impédances ou de résistances de faibles valeur qui conduisent à des pertes par effet Joule très réduites. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs,-permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La figure 1 représente le circuit d'alimentation d?un déclencheur selon l'invention. La figure 2 représente un circuit électronique de déclencheur pour lignes monophasée, associé à une sonde détectrice de défaut. La figure 3 représente un circuit analogue à celui de la figure 2, pour ligne triphasée. La figure 4 représente un circuit électronique de protection contre les surintensités. Un circuit électronique pour déclencheur selon l'invention comporte essentiellement un circuit d'alimentation dont le schéma de base est donné en figure 1. Une résistance X, de faible valeur ohmique, est insérée dans un conducteur de phase 1 d'une ligne électrique à laquelle est branché un appareil àprotéger. Aux bornes de la résistance 4 est branché le primaire d'un transformateur d'isolement 5 dont la tension secondaire est appliquée à un pont redresseur à diodes 12. Ce dernier délivre une tension redressée U qui constitue la tension d'alimentation du circuit électronique du déclencheur. Le transformateur 5 est un transformateur élévateur de tension, de sorte qu'on obtient une tension d'alimentation U de valeur suffisante tout en ne créant qu'une faible chute de tension en ligne du fait de la résistance 4.La tension d'alimentation U ainsi obtenue est indépendante des tensions entre conducteurs de phase d'une ligne polyphasée (elle ne dépend que du courant du conducteur de phase 1 qui traverse la résistance 4) et est complètement isolée desdits conducteurs, de sorte que le circuit électronique, pas plus que le transformateur 5, ne peut souffrir de l'application de tensions élevées sur les conducteurs de la ligne lors d'essais de rigidité. diélectrique. Cela résulte du mode de branchement du transformateur 5 et de l'isolement qu'il fournit. La figure 2 donne un exemple d'application du circuit d'alimentation de la figure 1 à un déclencheur électronique équipé d'une ou de plusieurs sondes 7 détectrices de défaut, telles que des sondes thermométriques constituées par des thermistances à coefficient de température positif détectant des échauffements exagérés aux points chauds d'un appareil à protéger branché sur une ligne monophasée 0,1. La tension d'alimentation U, limitée en amplitude par une diode régulatrice 8, est appliquée, par l'intermédiaire d'un thyristor 9, à la bobine 10 d'un relais de déclenchement couplé mécaniquement à la serrure 11 de verrouillage des contacts de protection 60,61.La thermistance. 7 (ou l'ensemble des thermistances 7 montées en série) est eonnectée entre le pEle de la tension U directement. relié à la bobine 10 et la gichette du thyristor 9, cette dernière étant reliée par une résistance 13 à l'anode dudit thyristor. En cas d'échauffement exagéré, la résistance de l'ensem- ble des thermistances 7 augmente; il en résulte un accroissement du courant fourni par la résistance 13 à la gâchette du thyristor 9 et celui-ci devient conducteur et applique la tension U à la bobine 10 du relais déclencheur; ce dernier, qui peut être un relais à excitation ou à désexcitation, libère alors la serrure 11 et les contacts de protection 60,61 s'ouvrent.On remarquera d'ailleurs que le circuit ne peut manquer de l'alimentation nécessaire à son fonctionnement, car un dépassement de température staceompagne forcément d'une surintensité dans le conducteur de phase correspondant où est inséré la résistance tJ et que, dans ces conditions, le fonctonnement du circuit est indépendant de la tension en ligne. Le circuit que représente la figure 3 montre la forme que peut prendre le circuit de la figure 2 dans le cas d'une ligne triphasée à trois conducteurs de phase 1,2,3 et un conducteur neutre 0. Une résistance est ici interposée dans chacun des conducteurs de phases ces résistances étant avantageusement constituées par trois éléments bimétalliques 41,42,43 servant pour leur part, indépendamment du circuit de protection ici décrit, à ltobtention d'une protection thermique contre les fortes surintensités et les courts-circuits.Les éléments bimétalliques 41,42,43 sont respectivement reliés aux trois primaires 51,52,53 électriquement isolés entre eux (compte tenu des tensions élevées d'essais de rigidité auxquelles ils peuvent être soumis) d'un transformateur triphasé 5 dont les secondaires sont connectés en triangle et reliés à un pont redresseur 12 tri(hexa)phasé qui fournit la tension d'alimentation U, limitée en amplitude par la diode 8, au reste du circuit, lequel est conforme à celui de la figure 2. Un condensateur réservoir 14, connecté aux bornes de la diode 8, filtre la tension U et se décharge dans la bobine 10 du relais lors de la eonduction du thyristor 9. Dans le cadre de la figure 3, il importe de calculer les divers éléments du circuit de manière que la tension U- atteigne une valeur suffisante, en pratique égale à la tension nominale de la diode 8 > dbs qutun seul conducteur de phase est parcouru par son courant nominal de manière que la protection contre un défaut détecté par une sonde 7 soit assurée mSme s'il y a manque de tension sur tous les conducteurs de phase sauf un. Les sondes 7 ou thermistances peuvent être placées aux points chauds d'un appareil i protéger situé soit en amont des contacts de disjonction 60-63 commandés par la serrure 11 (tel qu'un transformateur 15 qui peut être un transformateur moyenne tension - basse tension), soit en aval (par exemple un moteur 16), et cela en toute sécurité, car le potentiel des sondes 7 est flottant par rapport aux conducteurs de phase. Le circuit de déclenchement de la figure 4 est destiné à la protection contre les surintensités (faibles surcharges ou courts-circuits) apparaissant dans le conducteur 1 d'une ligne monophasée 0,1. D'une manière conforme au circuit de base de la figure 1 et comme dans le circuit de la figure 2, on forme une tension U au moyen d'une résistance série 4, d'un transformateur 5 et d'un pont redresseur 12 à diodes. Dans le présent circuit, la tension U n'est pas limite en amplitude par une diode régulatrice, et sa valeur, proportionnelle au courant circulant dans le conduc tueur 1, traduit par une croissance anormale la présence d'une surintensité dans ledit conducteur.Ce fait est mis à profit en appliquant la tension U à un réseau RC à constante de temps, constitué par une résistance en sérine 17 et un condensateur en dérivation 18 dont la charge est Smporisée par ladite résistance. Au point commun de ces deux éléments apparatt une tension V qui croit avec la tension U, mais d'une manière retardée selon la constante de temps RC. Aux bornes du condensateur 18 est connecté un commutateur électronique 19 à seuil tension, on série avec la bobine 10 d'un relais de déclenchement à excitation ou i désexcita- tion. Dès que la tension V dépasse la valeur du seuil du dispositif 19, ce dernier devient conducteur sensiblement à la Banibre d'un contact qui se ferme. Le condensateur 18 se décharge alors dans la bobine 10, le relais de déclenchement fonctionne et libère la serrure il qui fait s'ouvrir les contacts 60,61. Le commutateur 19 est constitué par un thyristor 20 à deux gâchettes entre lesquelles est connectée une diode Zener 21 dont la tension nominale détermine le seuil du dispositif 19. I1 peut également 8tre réalisé de toute autre manière appropriée et Etre par exemple constitué par une diode PNPN ou diode Shockley. Dans le cas d'une ligne polyphasée, on peut réaliser un dispositif de protection contre les sur intensités en utilisant autant de oircuits éleotr.oniques conformes à la figure 4 qu'il y a de conducteurs de phase dans la -ligne > chaque résistance 4 étant insérée dans un conducteur de phase particulier de la ligne et les bobines 10, en nombre égal u nombre de conducteurs de phase, étant réunies sur le circuit magnétique d'un unique relais de déclenchement qui peut encore etre à excitation ou à désexcitation. REVENDICATIONS P.- Déclencheur commandant3 en cas de défaut affectant un appareil électrique branché sur une ligne monophasée ou polyphasée, le 'fonctionnement d'organes de protection dudit appareil et en particulier le déclenchement par un relais de l'ouver ture de contacts de protection, caractérisé par le fait qutil comprend un circuit électronique, muni d'un élément détecteur de défaut, dont l'ensemble des éléments est alimenté exclusivement à partir d'une tension prélevée sur au moins une impédance traversée par le courant qui parcourt un conducteur de phase de la ligne. 2.- Déclencheur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tension d'alimentation du circuit électronique est une tension redressée délivrée par un dispositif redresseur relié, par l'intermédiaire d'un transformateur dtisolement éléva- teur de tension, à au moins une impédance intercalée dans un eonducteur de phase de la ligne. 3.- Déclencheur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que l'impédance aux bornes de laquelle est prélevée la tension est une résistance de faible valeur. 4.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément détecteur de défaut est constitué par au moins une sonde thermométrique placée dans l'appareil à protéger, sous l'influence de laquelle ledit circuit établit l'alimentation du relais de déclenchement en lui appliquait sa propre tension d'alimentation. 5.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, appliqué à une ligne polyphasée, caractérisé par le fait que le transformateur d'isolement est un transformateur polyphasé à enroulements primaires isolés les uns des autres et branchés respectivement aux bornes d'impédances dont chacune est intercalée dans un conducteur de phase correspondant de la ligne, ses enroulements secondaires alimentant un dispositif redresseur polyphasé. 6.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que la tension redressée est limitée à une amplitude constante par une diode régulatrice de tension. 7.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la tension redressée est filtrée par un condensateur réservoir. 8.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que chaque résistance est constituée par un élément bimétallique faisant partie d'un déclencheur thermique. 9.- Déclencheur selon l'une quelconque des revendicaticns 1 à 3, caractérisé par le fait que l'élément détecteur de défaut est constitué par l'impédance intercalée dans un conducteur de phase de la ligne, cette impédance assurant la détection de défauts de surintensité dans ledit conducteur. 10.- Déclencheur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la tension redressée obtenue à partir de l'impédance est appliquée à un circuit à constante de temps fournissant une temporisation de déclenchement, composé d'une résistance et d'un condensateur et relié aux bornes d'alimentation du relais de déclenchement par 1'intermédiaire d'un commutateur électronique à seuil de tension qui devient conducteur dès que la tension qui lui est appliquée devient supérieure à la valeur de son seuil. 11.- Dispositif de protection contre les surintensités dans une ligne polyphasée, caractérisé par le fait qutil comprend autant de déclencheurs selon la revendication 9 ou la revendication 10 qu'il y a de conducteurs de phase dans la ligne, le relais de déclenchement- comportant un nombre correspondant de bobines d'alimentation respectivement associées à chaque déclencheur.