Brevet FR2422277A1 — publié le 19791102

L'invention, due à la collaboration de Monsieur -Jean ROULET-DUBONNET, est relative à un dispositif de protection différentielle à propre courant d'une installation électrique, comprenant un transformateur différentiel de détection d'un courant homopolaire, chargeant par l'intermédiaire d'un redresseur une capacité d'accumulation électrique et un interrupteur électronique piloté par une diode Zener devenant conductrice lorsque la charge de la capacité atteint la tension de seuil de la diode Zener et déclenchant ledit interrupteur électronique pour décharger ladite capacité dans une bobine de déclenchement d'un disjoncteur de protection. Les dispositifs de protection du genre mentionné doivent déclencher pour un courant de défaut de 30 mA pour assurer une protection efficace des usagers et ils ne doivent pas faire appel à une source d'énergie externe, dont la défaillance affecterait la sécurité de fonctionnement. La puissance disponible pour l'alimentation du relais de protection est faible et il a déjà été proposé d'accumuler l'énergie captée sur le courant de défaut dans un condensateur, qui se décharge, lorsque la tension à ses bornes atteint une valeur prédéterminée, dans une bobine de déclenchement actionnant le disjoncteur de protection. Cette tension aux bornes du condensateur est détectée par une diode Zener qui pilote l'interrupteur électronique connecté en série de la bobine de déclenchement. Le bon fonctionnement de ces relais est tributaire des caractéristiques des différents composants, notamment de la constance du seuil de la diode Zener et de la valeur des courants de fuite et les dispositifs connus font usage de composants spécialement élaborés ou sélectionnés relativement motteux. La présente invention est basée-sur la constatation que les diodes Zener du commerce, qui ont un seuil supérieur à 6,5 Volts, présentent un coude très franc, ctest-à-dire que leur conduction est très faible, de l'ordre de quelques microampères, lorsque la tension appliquée à leurs bornes est inférieure à 6,5 Volts et devient pratiquement infinie pour des tensions supérieures, la tension de seuil étant sensiblement constante et identique pour les différentes diodes Zener. Une tension élevée implique par contre un cotit et un encombrement supérieur du transformateur différentiel et des autres composants et accrott les pertes de puissance des circuits électroniques. L'invention a pour but de concilier ces effets antagonistes et de permettre la réalisation d'un dispositif de protection à propre courant réalisable à partir des composants du commerce et présentant une faible dispersion. Le dispositif de protection selon l'invention est caractérisé en ce que le seuil de ladite diode Zener est compris entre 6,5 et 8,5 Volts de-manière à limiter les courants de fuite et la puissance des composants dudit dispositif. Des essais ont montré que la valeur optimale du seuil est d'environ 6,8 Volts, le transformateur différentiel en forme de tore traversé par les conducteurs de ltinstallation, portant un enroulement secondaire d'environ 950 spires. La diode Zener commande le déclenchement d'un interrupteur électronique constitué par deux transistors connectés en thyristor pour devenir conducteur lors d'un courant initial très faible dans la diode Zener. t1 ensemble interrupteur électronique, diode Zener est branché en série de la bobine d'un déclencheur polarisé qui commande le déclenchement du disjoncteur. Les déclencheurs polarisés, bien connus en soi, présentent l'avantage d'une très grande sensibilité. Selon un développement de l'invention, une deuxième diode Zener est branchée aux bornes de la bobine du déclencheur, de manière à shunter cette bobine lorsque la tension aux bornes dépasse une valeur prédéterminée. Le déclencheur du type polarisé réagit à une impulsion de courant, qui engendre un champ magnétique opposé à celui de ltaimant permanent de polarisation pour libérer l'armature, mais ces déclencheurs ne fonctionnent pas en cas de suralimentation et l'une des fonctions de la diode de shuntage est d'éviter une telle suralimentation. Elle assure également la protection de l'électronique contre les surtensions et joue le rAcle de diode de circulation aux bornes de la self formée par la bobine du déclencheur. Dtautres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel la figure unique montre le schéma électrique d'un dispositif de protection selon l'inven- tion. Sur la figure une installation électrique (non représentée) est alimentée par deux conducteurs 10,12 passant dans un tore 14, qui porte un enroulement secondaire 16. Le tore 14 constitue un transformateur différentiel dont le courant secondaire est fonction de la somme des courants primaires parcourant les conducteurs 10, 12 c'est-àcdire du courant homopolaire. Un disjoncteur 18 de protection est branché sur les conducteurs 10, 12 pour interrompre l'alimentation de l'installation en cas de défaut à la terre, détecté par le transformateur à tore 14. Aux bornes de l'enroulement secondaire 16 est connecté un pont redresseur 20 à diodes qui charge un condensateur 22 d'accumulation d'énergie. Chaque alternance du courant secondaire charge le condensateur 22 et la tension aux bornes croit rapidement, lors d'un courant de fuite à la terre détecté par le tore 14. Un circuit 24 de déclenchement, connecté au condensateur 22, comporte en série une bobine 26 d'un déclencheur désigné par le repère général 28, du disjoncteur 18 et un interrupteur électronique 30 à deux transistors 32, 34. L'émetteur du transistor 32 du type PNP est relié à la sortie 36 de la bobine 26 et le collecteur est relié à la base du transistor 34 du type NPN dont le collecteur est réciproquement relié à la base du transistor 32. L'émetteur du transistor 34 est connecté à la borne du condensateur 22 opposée à celle connectée à la bobine 26. Des résistances de polarisation 38, 40 sont respectivement branchées entre l'émetteur et la base des transistors 32, 34 et une diode Zener 42 est branchée entre l'émetteur et le collecteur du transistor 32, l'anode de la diode Zener 42 étant reliée au collecteur. I1 est faeile de voir que la diode Zener 42, reliée par la résistance série 40 et la bobine 26 aux bornes du condensateur 22, est soumise à la tension de charge du condensateur 22. La tension de seuil de la diode Zener 42 est comprise entre 6,5 et 8,5 Volts et est de préférence égale à 6,8 Volts. Une deuxième diode Zener 44 à seuil voisin de 12 Volts shunte la bobine 26 et intervient lors de courants de défaut très importants. Les résistances 38, 40 sont chacune shuntées par des condensateurs 46, 48 qui limitent les déclenchements intempestifs sur parasites. Le dispositif de protection fonctionne de la manière suivante En l'absence de courant de défaut à la terre, les courants parcourant les conducteurs 10 et 12 sont égaux et le flux induit dans le tore 14 est nul. L'enroulement secondaire 16 ne délivre aucune tension et le condensateur 22 est déchargé. Lors d'un déséquilibre des courants dans les conducteurs 10, 12 une tension différentielle apparatt aux bornes de l'enroulement secondaire 16 qui engendre un courant de charge du condensateur 22 redresse par le pont 20. A chaque alternance du courant le condensateur 22 reçoit une charge proportionnelle à l'intensité du défaut et la tension aux bornes du condensateur 22 croit progressivement. Tant que cette tension est inférieure au seuil de la diode Zener 42, cette dernière ainsi que les thyristors 32, 34 sont bloqués et le courant de fuite de la diode Zener 42, de l'ordre de quelques microampères, n'affecte pratiquement pas la charge du condensateur 22. Dès que la tension atteint le seuil de la diode Zener 42 cele-ci devient conductrice et polarise les transistors 32, 34 pour les rendre également conducteurs. Le condensateur 22 se décharge dans la bobine 26 de déclenchement et provoque l'ouverture du disjoncteur 18. L'énergie de fonctionnement de l'électronique et du déclencheur 26 est prélevée sur le condensateur 22 et sur le débit du tore 14 sans utilisation d'une source extérieure. La tension de seuil de la diode Zener 42 de 6,8 Volts permet l'emploi dsun tore 14 et d'une bobine 26 de faible dimension et toute l'électronique peut Atre intégrée sans courir le risque de courants de fuite notables, affeetant la charge du condensateur 22. Le schéma électronique et la valeur de tension choisis se prêtent particulièrement bien à une réalisation de type circuit intégré et les performances en sont accrues tant en encombrement propre qu'au niveau des fuites et donc de l'encombrement global. La faible valeur de la puissance perdue se répercute bien entendu sur le dimensionnement du tore 14. La diode Zener 44 de shuntage de la bobine 26 met celle-ci à l'abri d'une suralimentation susceptible d'entraver le bon fonctionnement du déclencheur 28. Elle protège d'autre part l'électronique contre les surtensions et constitue une diode de circulation réduisant l'effet de self de la bobine 26. Tous les composants sont des éléments standard du commerce ce qui contribue à l'abaissement du coût de production du dispositif. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection différentielle à propre courant d'une installation électrique, comprenant un transformateur différentiel de détection d'un courant homopolaire, chargeant par l'intermédiaire d'un redresseur une capacité d'accumulation électrique et un interrupteur électronique piloté par une diode Zener devenant conductrice lorsque la charge de la capacité atteint la tension de seuil de la diode Zener et déclenchant ledit interrupteur électronique pour décharger ladite capacité dans une bobine de déclenchement d'un disjoncteur de protection, caractérisé en ce que le seuil de ladite diode Zener est compris entre 6,5 et 8,5 Volts de manière à limiter les courants de fuite et la puissance des composants dudit dispositif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite diode Zener et une résistance série polarisent un premier transistor à gain élevé dudit interrupteur électronique devenant conducteur lorsque la diode Zener devient conductrice. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit interrupteur électronique comporte un deuxième transistor déclenché par la conduction dudit premier transistor pour shunter ladite diode Zener. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le seuil de ladite diode Zener est sensiblement de 6,8 Volts. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une deuxième diode Zener est branchée aux bornes de ladite bobine de déclenchement pour devenir conductrice lors d'une suralimentation de ladite bobine. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transformateur différentiel charge par l'intermédiaire d'un pont redresseur à double alternance, ladite capacité dont le circuit de décharge comprend en série la bobine de déclenchement et l'interrupteur électronique à deux transistors, l'interrupteur électronique étant shunté par ladite diode Zener à seuil compris entre 6,5 et 8,5 Volts.