Brevet FR2439405A1 — publié le 19800516

Les disjoncteurs de protection contre les surintensités comprennent généralement un dispositif de déclenchement qui óm- mande un groupe de contacts assurant en cas de surcharge la coupure du circuit à protéger, de manière à fournir une protection dite "à iaxiIum de courant à temps inversez. Pour limiter les perturbations en exploitation par suite de trop nombreux fonctionnements du disjoncteur de protection lorsque l'appareillage alimenté consomme une puissance voisine de la puissance limite, il a été imaginé de créer une indication de surcharge signalant l'approche de la limite de charge, avant qu'il y ait déelenchement. D'après les informations ainsi obtenues, il est possible d'envisager un renforcement de la puissance du réseau d'alimentation pour éviter le risque de fréquentes perturbations, ou une modification du matériel, par exemple le rempla- cesent/transforvateur fonctionnant à la limite de sa puissance nominale par un transformateur plus puissant. L'élaboration des informations renseignant sur le niveau de charge du réseau (en particulier d'un transformateur interposé entre réseau et utilisation) peut être réalisée par un "indicateur de surhargew comprenant un dispositif de détection de la charge, commandant par exemple la fermeture d'un contact électrique, et un dispositif de signalisation, ce dernier étant de prEfOrence un dispositif intégrateur fournissant une information cumulative des états de surcharge détectés et de leurs durées. Ledit dispositif de détection répond in niveau de charge (dit prends niveau) inférieur au niveau de déclenchement du disjoncteur de protection (dit deuxième niveau). On connatt, d'autre part, par la demande de brevet français n 75/12 467, un déclencheur à image thermique, notamment pour disJoncteur de protection de transformateur. Cette image thermique comprend une résistance de mesure non linéaire (thermistance à coefficient de température positif) pour chaque phase de ligne électrique, alimentée par un transformateur d'intensité couplé au conducteur correspondant de la ligne. La tension qui se développe aux bornes des résistances de mesure fait fonctionner, lorsqu'elle dépasse un seuil déterminé, la bobine d'un relais de déclenchement du disjoncteur. Les résistances de mesure sont couplées thermiquement entre elles et isolées thermiquement du milieu ambiant. La présente invention a pour but de créer un indicateur disurcharge fonctionnant à partir d'une image thermique prévue pour assurer la protection par déclenchement d'un appareillage électrique tel qu'un transformateur. A cet effet, l'invention a pour objet un indicateur de surcharge pour appareillage électrique, notamment pour transformateur, branché sur une ligne et protégé par disjoncteur à image thermique, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de détection de surcharge répondant au dépassement d'un niveau de charge déterminé, inférieur à un niveau de charge maximal correspondant au déclenchement de la protection, et un dispositif de signalisation commandé par le dispositif de détection, et que le dispositif de déteetioncooporte une résistance non linéaire de mesure thermiquement couplée a' l'image thermique et alimentée par un courant électrique développant à ses bornes une tension fonction de sa température qui commande, à travers un circuit à seuil, le fonctionnement du dispositif de signalisation au dépassement de ce seuil correspondant au niveau de charge à détecter. Un tel indicateur de surcharge permet de surveiller la puissance électrique à partir de la température de l'image ther mique. Il prélève une très faible puissance sur la ligne électrique, ce qui limite les pertes et les échauffements. De plus, il fournit des informations très précises, en particulier lorsque la résistance non linéaire de mesure est une thermistance à coefficient de température positif. En choisissant alors le point de travail de cette thermistance dans la zone de rapide augmentation de la valeur de sa résistance en fonction de la température (zone de basculement), on bénéficie d'un effet d'amplification thermique, ce qui augmente la précision de mesure et assure un temps de réponse très bref.De plus, aucun réglage n'est nicessain sur le dispositif de détection de surcharge, car le réglage du dispositif de déclenchement et de son image thermique conduit directement à un fonctionnement correet du dispositif de détection (ne dépendant que de la fidélité de l'image thermique par rapport à l'appareil qu'elle représente). On-peut toutefois utiliser aussi une thermistance à coefficient de température négatif; mais une thermistance de ce type nécessite un réglage de la zone de fonctionnement de l'indi- eateur de surcharge. Dans le cas où l'image thermique est constituée par une ou plusieurs résistances de mesure non linéaires montées sur un bloc métallique à l'intérieur d'une enceinte calorifugée, chaque résistance de mesure recevant, par l'intermédiaire d'un transformateur d'intensité couplé à un conducteur de phase correspondant de la ligne, un courant proportionnel au courant circulant dans ce conducteur, il convient de coupler thermiquement la résistance non linéaire de l'indicateur audit bloc métallique, en la montant sur ou dans celui-ci. De préférenee, le réglage du courant traversant chaque résistance de mesure de l'image thermique s'effectue au moyen d'une résistance ajustable connectée en parallèle avec chaque résistance de mesure, tandis qu'une diode est interposée en série avec la résistance ajustable dans un sens tel qu'elle s'oppose au passage dans cette dernière résistance des alternances exploitées pour le déclenchement de la protection. Avantageuse ent, le dispositif de détection est alimen- té par une tension obtenue par redressement de la tension alternative aux bornes du secondaire du ou des transformateurs d'inten- sité. Ainsi, les circuits de l'indicateur de surcharge ne sont pas liés métalliquement aux conducteurs de la ligne électrique, et ils ne nécessieent pas de circuit d'alimentation spécial, étant alimentés exclusivement à partir de la puissance fournie par chaque transformateur d'intensité. Le circuit à seuil du dispositif de détection peut être réalisé au moyen d'un amplificateur opérationnel. Le dispositif de signalisation est de préférence commandé par l'in termédiaire d'un interrupteur électronique, constitué par exemple par un pont de deux diodes et deux thyristors, équivalent à un triac très sensible. Le dispositif de signalisation est de préférence un dispositif intégrateur cumulant dans le temps les indications de surcharge, capable d'emmagasiner les états de surcharge détectés successivenent sur une longué période de temps (plusieurs jours ou plusieurs semaines) et de fournir à tout moment l'information cumulée correspondante. On peut prévoir aussi une signalisation, par exemple lumineuse ou acoustique, fonctionnant à chaque détection d'un état de surcharge. 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 schéma d'un indicateur de surcharge selon l'invention, associé à un dispositif de protection à image thermique. La figure 2 représente une variante d'une partie du schéma de la figure 1. La figure 3 représente un mode de réalisation préférentiel du circuit de l'indicateur de surcharge. Les figures 4 à 6 représentent l'image thermique utilisée, la figure 6 étant une coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5. On voit sur le schéma de la figure l tout d'abord un dispositif de protection d'un transformateur (non représenté) alimentant une ligne triphasée 1, 2, 3. Ce dispositif comprend trois transformateurs d'intensité 11, 12, 13 respectivement couplés aux conducteurs de phase 1, 2, 3 de la ligne, dont les secondaires délivrent, à travers une résistance série 21, 22,23, un courant proportionnel au courant de la phase correspondante à me résistance non linéaire de mesure 31, 32, 33 (on utilise ici trois thermistances à coefficient de température positif) faisant partie del'image thermique qui sera décrite plus loin. Le réglage de la puissance dissipée dans chaque thermistance est réalisé au moyen d'une résistance ajustable 41, 42, 43 connectée en parallèle avec la thermistance 31, 32, 33 correspondante. Cette liaison en parallèle n'est effective que pour les alternances d'une polarité déterminée, par exemple les alternances négatives, grtce à une diode 51, 22, 53 placée res pectivement en série avec chaque résistance d g Unge telle dispo- sition procure une variation de résistance utilisable beaucoup plus grande en fonction de ltintensité traversant une thermistanct en évitant que la résistance propre de la thermistance soit masquée par la résistance de réglage pour les alternances positives, lesquelles sont utilisées en vue de l'obtention du déclenchement du disjoncteur de protection. La tension développée aux bornes de chacune des thermistances 31, 32, 33 est redressée respectivement par des diodes 61, 62, 63 ne laissant passer que les alternances positives, les sorties de ces diodes étant connectées en commun à une cellule RC de filtrage. La tension résultante, sensiblement continue, est appliquée à un circuit à seuil de tension 4, qui définit le seuil de protection. Lorsque ce seuil est dépassé, le circuit 4 excite la bobine 5 d'un relais de déclenchement qui commande la serrure du disjoncteur de protection (non représenté). L'image thermique (figure 4) est conçue de telle manière que la température des trois thermistances 31, 32, 33 reste respectivement égale à celle du point chaud de chacun des trois enroulements du transformateur à protéger. Ces thermistances sont fixées sur un bloc métallique 6 bon conducteur de la chaleur, placé dans une enceinte calorifugée 7. L'indicateur de surcharge (figure 1) comprend, connectées en série, une résistance 8 et une thermistance 9 à coefficient de température positif; lten emble est alimenté en tension sensi hument continue au moyen de trois diodes redresseuses 71, 72, 73 et dtun condensateur de filtrage 10 à partir de la tension alternative disponible au secondaire de chacun des transformateurs d'intensité 11, 12, 13 (cette tension étant suffisamment élevée grtce à la présence des résistances 21, 22, 23 déjà mentdonnées). A la thermistance g est relié un circuit à seuil 24 commandant, lorsque le seuil est dépassé, par lthtermédiaire d'un triac 25 un dispositif de signalisation 26, alimenté par une source U et constitué dans le présent exemple par un moteur entraenant une aiguille indicatrice. La thermistance 9 est logée à l'intérieur du bloc 6 supportant les thermistances de protection 31, 32 > 33, dans une cavité centrale 14, ses fils de connexion 15 traversant la paroi de l'enceinte 7. La thermistance 9 peut aussi entre une thermistance à coefficient de température négatif , Les éléments 8, 9 doivent alors être permutés, conformément à la figure 2. En cas de surcharge dépassant un niveau déterminé, les thermistances 31, 32, 33 s'échauffent et échauffent le bloc 6 de l'image thermique. Au bout d'un certain temps (lié à l'importance de la surcharge et à la valeur de la température ambiante), la température de la plaquette 6 dépasse une température correspondant à la température de basculement de la thermistance 9 (s'il s'agit d'un thermistance CTP, figure 1) ou à une valeur dépendant de l'équilibrage du pont 9, 8 (s'il s'agit d'une résistance CTN, figure 2j. Le circuit à seuil 24 débloque alors le triac 25 qui assure l'alimentation du moteur du dispositif de signalisation 26, dont l'aiguille indicatrice progresse. Lorsque la surcharge diminue, la température de la thermistance 9 décret et, au franchissement du seuil du circuit 24, le triac 25 se bloque, arrêtant la rotation du moteur et la progression de l'aiguille du dispositif 26. En cas de forte surcharge, celle-ci est d'abord signalée par l'indicateur, puis elle entratne, au niveau fixé, le déclenchement du disjoncteur de protection par l'intermédiaire de la bobine 5. Ces effets ont tous deux pour origine l'échauffement de l'image thermique; ils peuvent toutefois être réglés indépendament, le circuit de détection à un premier niveau de surcharge et le circuit de protection à un deuxième niveau supérieur. On a représenté sur la figure 3 un mode de réalisation pratique de ltindicateur de surcharge. Le circuit à seuil comprend un amplificateur opérationnel 16, ---------- dont le seuil de basculement est déterminé par un pont de résistances Rl R2 relié à l'une des entrées de l'amplificateur; son autre entrée reçoit la tension aux bornes de la thermistance 9 et sa sortie commande un interrupteur électronique 17, constitué par un pont de deux thyristors et deux diodes et équivalent au triac 25, mais beaucoup plus sensible que celui-ci. La résistance R1 est connectée de manière à fournir un léger taux de réaction, ce qui assure un verrouillage du circuit après basculement. En tête est placé un régulateur de tension 18. La thermistance 9 peut participer à ltamélioration des caractéristiques de 11 image thermique par un choix judicieux de la puissance qui lui est appliquée. Si cette thermistance est du type CTP, son basculement modifie la puissance dissipée à ses bornes et entrain une augmentation de puissance sur le blon 6 après fermeture du triac 25 du circuit de détection. Il est ainsi possible d'obtenir des déclenchements au bout de temps très longs, quton n'observerait pas autrement, gracie au fait que la plaquette 6 est le siège d'une puissance accrue après le fonctionnement du circuit de détection de surcharge. On peut créer un gradient de température entre le boc support 6 et la thermistance 9 placée au coeur de celui-ci de manière à retrouver la température du point chaud d'un enroulement, et non celle d'un point voisin, en ajustant la puissance dissipée dans cette thermistance par modification de la résistance du pont 8 > 9. L'indicateur de surcharge décrit convient à un appareil électrique disposant par ailleurs d'un dispositif de protection contre les sur intensités à image thermique (lequel ne fait pas en soi partie de l'invention). Il assure la détection d'un premier niveau de courant, qui est fonction de la température interne de l'appareil, quelle que soit la température ambiante et quel que soit le régime de charge considéré, équilibré ou déséquilibré, et commande un dispositif de signalisation tel qu'un enregistreur chronométrique. Pour sa part, le dispositif de protection assure le déclenchement pour un deuxième niveau correspondant à une Smpérature plus élevée de l'appareil, quelle que soit la température ambiante et quel que soit le régime de charge, équilibré ou déséquilibré. REVr.NDICATIONS 1.- Indicateur de surcharge pour appareillage électrique notamment pour transformateur, branché sur une ligne et protégé par disjoncteur à image athermique, caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de détection de sur charge répondant au dépassement dtun niveau de charge déterminé, inférieur à un niveau de charge maximal correspondant au déclenchement de la protection, et un dispositif de signalisation commandé par le dispositif de détection, et que le dispositif de détection comporte une résistance non linéaire de mesure thermiquement couplée à l'image thermique et alimentée par un courant électrique développant à ses bornes une tension qui commande, à travers un circuit à seuil, le fonctionnement du dispositif de signalisation au dépassement de ce seuil correspondant au niveau de charge à détecter. 2.- Indicateur selon la revendication 1, dans le cas où 11 image thermique est constituée par une ou plusieurs résistances de mesure non linéaires montées sur un bloc métallique à 11 intérieur d'une enceinte calorifugée, chaque résistance de mesure recevant, par lintermédiaire dtun transformateur dtinten- sité couplé à un conducteur de phase correspondant de la ligne, un courant propprtionnel au courant circulant dans ce conducteur, caractérisé par le fait que la résistance non linéaire de l'indicateur est couplée thermiquement audit bloc métallique, étant montée sur ou dans celui-ci. 3.- Indicateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le réglage du courant traversant chaque résistance de mesure de l'image thermique effectue au moyen d'une résis- tance ajustable connectée en parallèle avec chaque résistance de mesure, tandis qu'unie diode est interposée en série avec la résistance ajustable dans un sens tel quelle stoppose au passage dans cette dernière résistance des alternances exploitées pour le déclenchement de la protection. 4.- Indicateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le dispositif de détection est alimenté par une tension obtenue par redressement de la tension alternative aux bornes du secondaire du ou des transformateurs d'intensité. 5.- Indicateur selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que sa résistance de mesure est une thermistance à coefficient de température positif. 6.- Indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que sa résistance de mesure est une thermistance à coefficient de température négatif. 7.- Indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le circuit à seuil est réalisé au moyen d'un amplificateur opérationnel. 8.- Indicateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le dispositif de signalisation est commandé par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique. 9.- Indicateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'interrupteur électronique est constitué par un pont de deux diodes et deux thyristors, équivalent à un triac très sensible.