Brevet FR2394887A1 — publié le 19790112

L'invention concerne un appareil pour contrôler le fonctionnement des disjoncteurs de protection différentiels commandés par différence de courant, par exemple du type à noyau équilibrés. La dégradation des isolants des installations 61sc- triques entraîne, pour leurs utilisateurs, un risque de choc élec- trique ou électrocution. Quand cette dégradation se produit, des courante de faible intensité peuvent se transmettre, à travers l'isolant, de la phase à d'autres conducteurs ou à des personnes en relation avec la terre. Des courants, mime'très faibles, peuvent avoir ainsi des effets patho-physiologiques graves, ou mdme sntratner des affections cardiaques, voire la mort par choc. Les systèmes classiques de protection de circuits par disjoncteurs ou fusibles, s'ils sont efficaces dans le cas de court-circuits accidentels francs entre-la phase et la terre, n'offrant aucune protection contre ces faibles courants de fuite. Les appareils de protection mesurant le courant ds fuite, tels que les indicateurs de déséquilibre, à noyau ou autres, également connus sous le nom d'appareils de protection sensibles aux courants résiduels ou au défaut de terre, assurent une protection d'une certaine sensibilité contre les faibles courants de fuite. La différence entre le courant passant dans la phase et celui passant dans le neutre, qui représente le courant de fuite, est enregistrée et, si elle excède une valeur pre- dé. terminée, engendre un signal qui met en Jeu un disjoncteur. Comme la sécurité des personnes repose sur ces appareils de protection, il importe de l'on puisse en contrôler le fonctionnement ainsi que la permanence de la protection de l'ins~ tallation dans son ensemble, y compris de ses appareils annexes. Des vérifications périodiques destinées à déceler des fuites éven- tuelles dues à une défectuosité d'isolant ou à d'autres modifications dans les circuits, peuvent se faire à l'aide d'appareils portatifs de contrôle que l'on relie aux bornes de l'installation. Lorsqu'un indicateur de désequilibre est inclus dans une installation électrique de manière à protéger un circuit à bornes simples ou multiples, ou les bornes particulières d'un circuit, on peut contrler le fonctionnement de l'indica teur en établissent un courant de fuite connu entre phase et terre aux bornes ou aux extrémités du circuit. On connaît ainsi des appareils de contre portatifs qui peuvent être reliés par fiche aux bornes et où l'on peut régler l'intensité du courant de fuite. Le réglage peut âtre fait directement une fois l'appa- reil relié au circuit, ou à l'avance et le courant de fuite est siors intégra dans le circuit à contrôler.Ces deux méthodes sont techniquement satisfaisantes si elles sont mises en oeuvre, pour le contre des appareils de protection, par du personnel technique compétent, dans des zones interdites au public. Elles créent cependant un risque d'insécurité,et et même un danger de mort par choc électrique pour les utilisateurs de tout équipement relié au circuit au cours du contrôle en raison d'éventuelsdéfauts, tailleurs inconnus, du circuit. I1 y a là une situation inadmissible pour le contre d'installations domestiques ou de locaux commerciaux. Des risques peuvent provenir d'une inversion entre phase et neutre au dos d'une borne dans certaines circonstances et avec certains types de matériel de contrôle. Le risque maximum se présente dans le cas d'une forte résistance, ou d'une coupure franche du conducteur de terre. A ce moment-là, et pendant l'exécution du contrôle, les parties normalement à la terre de tous les équipements du circuit (carcasses de réfrigérateurs, machines à laver, par exemple) peuvent passer sous tension. Des chocs sévères peuvent être subis et si le conducteur de terre est coupé la combinaison du courant de fuite engendré par l'appareil de contrôle avec la tension peut devenir mortelle. Un défaut de terre à un contacteur principal peut faire apparaître un risque de choc du même genre sur les appareils reliés aux circuits autres que celui qui est en cours de contrôle. Si l'appareil de contrôle a pour objet de vérifier l'étalonnage de dispositifs de protection, il doit fournir un courant de fuite au moins égal à la valeur de consigne de ces appareils. Si, cependant, la durée du courant de fuite est suf- fisamment faible, quelqu'un qui établirait un contact avec un appareil relié au circuit ne recevrait qu'un choc d'une intensité inférieure à celle à partir de laquelle se produit un effet patho-physiologique dangereux. L'étude, sous l'angle médical, des effets des courants électriques à travers le corps humain conduit à la définition de paramètres permettant la mise au point de matériels techniquement efficaces et sars. L'importance du risque de choc est fonction à la fois de l'intensité du courant de fuite et de la durés d'exposition ; elle est en outre fonction de la résistance du corps humain, de la tension, etc... L'objet de l'invention est donc de nouvelles méthodes de contre qui suppriment le risque de choc mortel an réglant le courant de fuite de contre à la fois en durée et en intensité de manière à rester à un niveau inférieur au niveau dangereux, tout en assurant que le dispositif de sécurité reçoive un signal auquel il réponde automatiquement, s'il fonctionne correctement. Un appareil de contre, conforme à produisant un courant de fuite dans un circuit électrique pourvu d'un appareil de protection sensible au déséquilibre des courants qui déclenche la coupure du circuit quand celui-ci est le siège d'un courant de fuite pré-déterminé, est caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens pour produire un courant de fuite dont l'intensité est réglable dans une plage déterminée, des se- conds moyens permettant d'introduire le courant ainsi choisi dans le circuit et des troisièmes moyens permettant d'agir sur la durée de passage du courant de fuite dans le circuit, de façon que les paramètres temps et intensité du courant de fuite de contrôle restent inférieurs à la valeur qui risquerait d'entratner des effets patho-physiologiques dangereux. Une description plus complète de l'invention est exposée ci-après en relation avec les dessins annexés où : La Fig. 1 montre sous forme de schéma-blocs le fonctionnement d'un appareil de contrale pour dispositif de sécurité sensible au déséquilibre des courants, conforme à un mode de réalisation ds l'invention. La Fig. 2 est un graphique temps intensité faisant apparattre les zones d'action d'un courant alternatif (50/60 H) sur les adultes, et La Fig. 3 est un schéma d'une forme préfé rentielle de réalisation de l'appareil de contre de la Fig. 1. La Fig. 1 montre le schéma d'un appareil type pour fournir un courant de fuite à un circuit électrique comprenant un dispositif de sécurité destiné à ouvrir un circuit sur lequel il se trouve au passage d'un courant de fuite de valeur pré-déterminée. Le système comprend une source de courant alternatif à tension variable Il entre un conducteur d'arrivée 12 et un conducteur à la terre 13. La tension peut être choisie sur un cadran étalonné ou de préférence indiquée sur un circuit de mesure à haute impédance 14. L'impédance du circuit 14 doit être telle que l'intensité du courant sur la terre 13 soit suffisamment faible pour ne pas engendrer de réaction de la part du corps humain, même si elle est appliquée de façon continua. Ce qui, dans la pratique, limite l'emploi d'un mat6- riel de contre provient du fait que le neutre d'un circuit de distribution à basse tension, en particulier le neutre d'une installation domestique qui est théoriquement à la terre, dépasse fréquemment le potentiel terre. Ceci crée des problèmes pour cas matériels, an ce sens qu'il n'est pas possible de considérer le neutre comme au mame potentiel que la terre. L'emploi d'un circuit de mesure à haute impédance pallie cet inconvénient en rendant le réglage indépendant du potentiel du neutre. Une fois la tension de contrôle établie, l'impédance de contre 15 est reliée à la source Il et la terre 13 pour pro duire le courant de fuite désiré, ctest-à-dirs le courant qui doit déclencher l'indicateur de déséquilibre. Un contact 16 est disposé de manière que la fermeture du circuit ait une durée pr6- déterminée correspondant à un temps suffisant pour permettre au relais d'agir, mais pas assez long pour entraîner des conséquen- ces patho-physiologiques pour le corps humain. De cette manière, les conditions de contre peuvent être pré-régléss sans produire un courant de fuite notable et le courant de déclenchement n'est établi que pour un temps relativement court. Le schéma d'un appareil de contrôle apparait à la Fig. 3. Dans cet exemple, la source 11 est un auto-transformateur variable T1 destiné à donner une tension de contre VT par rapport à la terre, avant le début du contre. A ce moment-là (pendant ce temps) le courant de fuite à la terre atteint sa valeur maxime I1 déterminée par la sensibilité du compteur (prati- quement 100 à 200FA). Une fois la tension de contre réglée, le courant de fuite est établi par action sur le contact 16, ceci entrains le fonctionnement d'un relais RL pour une durée déterminée par la constante de temps RC, où R résulte de la mise an parallèle d'une résistance R2 et de celle de la bobine de RL. La fermeture du contact RL1 du relais fait monter la tension du courant de contre pendant le temps pré-déterminé jusqu'à une valeur : Icontrôle = I1 + I2 (en négligeant la chute de tension du voltmètre) Comme R3 et R4 sont constants, le courant de fuite de contrôle est proportionnel à VT t en conséquence, le voltmètre M1 peut être étalonné directement en milliampères du courant de fuite. Quand le contact 16 est ouvert, C se charge à nouveau par D1 et R1 jusqu'à une valeur déterminée par une diode de Zenner D2 en série avec une diode témoin D3. La diode témoin D3 indique le moment où le condensateur C est à nouveau chargé et où un nouveau contr8le peut être opéré. Le mode préférentiel de réalisation de l'appareil de contr8le de l'invention est tel que le circuit et les composants ont été choisis de façon que le courant de fuite appliqué à l'installation pendant le contr8le soit suffisant pour déclencher des relais conformes aux normes australiennes, tout en satisfaisant aux seuils de sécurité apparaissant dans le I.E.C. Report, édition 479, de 1974 "Effets d'un courant électrique passant dans un corps humain". Des plages types de résultats expérimentaux apparaissent à la Fig. 2 qui montre les zones d'effet d'un courant alternatif sur une personne adulte décrites dans la publication I.E.C. Ces zones sont : Zone 1 w an général aucune réaction. Zone 2 : an général pas d'effet patho-physiologique dangereux. Zone 3 : en général aucun danger de fibrillation. Zone 4 : fibrillation possible (probabilité pouvent aller jusqu'à 50%). Zone 5 : danger de fibrillation (probabilité supérieu- re à 5096). On doit noter que le courant de fuite apparaissant pendant la phase d'ajustement du matériel de contrôle (c'est-àdire- pendant que l'on choisit l'intensité du courant de fuite) est d'une intensité inférieure à 2O0A et correspond à la zone 1 de la Fig. 2. Le courant de contrôle nta donc aucun effet sur un adulte. Pendant la phase de contrsle,le courant de fuite est réglable à un maximum de 30 mA et est introduit pendant une durée maxima de 250 millisecondes, de sorte que les paramètres temps et intensité du courant de fuite de centrale restent dans la zone 2 de la Fig. 2.Ce courant se trouve dans la zone hachurée de la Fig. 2 et reste inférieur au seuil au-delà duquel pourraient se produire des effets patho-physiologiques dangereux (seuil défini par la ligne b de la Fig. 2). La bande verticale de la Fig, 2 représente les paramètres temps-intensité pendant la phase d'ajustement du courant de fuite de contrôle ; on voit que même si la durée de cette phase se prolonge, on n'atteindra jamais le seuil défini par la ligne b. Les paramètres de l'appareil peuvent évidemment être adaptés aux exigences des normes nationales ou internationales de courant de fuite et des durées d'exposition qui peuvent être déterminées au cours de nouvelles recherches. D'autres méthodes pour introduire le courant de fuite de contrôle dans l'appareil peuvent mettre an Jeu une source de tension réglable ou une impédance de contrôle réglable combinée à une source d'intensité fixe tout en gardant le principe de base d'une limitation en durée du courant de fuite. L'appareil ci-dessus décrit peut être employé an combinaison avec l'un ou l'autre des systèmes suivants de con tôle, ou même avec plusieurs d'entre eux : a) appareils ou indicateurs de mesure destinés à relever la polarité exacte des conducteurs phase et neutre et/ou de la-continuité du circuit de terre. b) circuit de mesure pour la détermination du temps de réponse de l'appareil de sécurité pour couper le circuit après l'établissement du courant de fuite. REVENDICATIONS 1.- Appareil de contre produisant un courant de fuite dans un circuit électrique pourvu d'un indicateur de déséquilibre des courants qui déclenche la coupure du circuit quand celui-ci est le siège d'un courant de fuite pré-déterminé,- ca ractérisé - en ce qu'il comporte des premiers moyens pour produire un courant de fuite dont l'intensité est réglable dans une plage déterminée, des seconds moyens permettant d'introduire ce courant ainsi choisi dans le circuit et des troisièmes moyens permettant d'agir sur le durée de passage du courant de fuite dans le circuit, de façon que les paramètres temps et intensité du courant de fuite de contrôle restent inférieurs à la valeur qui risquerait d'en- traîner des effets patho-physiologiques dangereux. 2.- Appareil de contrôle selon la revendication 1, caractérisé : - en ce que les moyens pour produire un courant de fuite comprennent une source de courant alternatif à tension variable reliée à un conducteur d'arrivée du circuit électrique et à la terre, la dite source permettant de choisir une tension de contre et une impédance de valeur pré-déterminée à laquelle est appliquée la tension de contre par les dits seconds moyens permettant d'introduire le courant de fuite de contr8le choisi. 3.- Appareil de contre selon la revendication 2, caractérisé : - en ce que la source de courant alternatif est reliée an série à un circuit de mesure à haute impédance, cette haute impédance étant d'une valeur telle que le courant de terre la traversant est suffisamment faibls pour que, mssme s'il est appliqué longtemps, ses paramètres temps-intensité ntentrainent aucune réaction dans le corps humain, le courant de fuite ayant une inten situé qui est la somme de l'intensité du courant de mesure et celle du courant passant à l'impédance de valeur pré-déterminée. 4.- Appareil de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé : - en ce que les troisièmes moyens permettant d'agir sur la durée du courant de fuite incorporent un circuit temporisateur à résistance et condensateur.