Brevet FR2471607A1 — publié le 19810619

i L'invention a trait à une sonde destinée à pe2mettre à un opérateur de distinguer, sur une installation électrique à basse tension et fréquence industrielle, des conducteurs de phase de conducteurs neutres, par détection du courant passant à travers la sonde, le corps de l'opérateur portant la sonde, et la capacité entre ce corps et la terre. Il est courant d'utiliser à cette fin des sondes com- portant un tube à électrodes froides à atmosphère de néon, dit plus brièvement tube au néon, monté en série avec une résistance de limitation de courant entre une pointe de tou- che et un plot en contact avec la main de l'opérateur. Dans des conditions courantes, l'impédance entre le corps de l'opérateur et la terre, résultant soit de résistances de fuites, soit de la capacité existante entre la terre et le corps de l'opérateur, est suffisamment faible pour que le courant traversant la sonde produise une lueur visible dans le tube au néon. Pour fixer des ordres de grandeur, on rap- pellera que dans un tube au néon classique, la lueur est visible pour un courant traversant d'environ 2 microampères, et la chute de tension cathodique est de l'ordre de 50 à volts. En conditions moyennes, la capacité entre le corps d'un opérateur et la terre se situe vers 200 picofarads, ce qui représente à 50 Hz une impédance de 16 mégohms. La ré- sistance de limitation de courant a une valeur de quelques centaines de kilohms, suffisante pour que le courant tra- versant, lorsque la pointe de touche est au contact dtun conducteur de phase et le plot directement à la terre, n'atteigne pas une valeur dangereuse pour le tube au néon, ni bien entendu désagréable pour l'opérateur lorsque celui- ci, touchant le plot, est en contact franc par ailleurs avec la terre. Les sondes à tubes au néon cessent de donner des indi- cations significatives lorsque l'opérateur travaille dans un endroit tel que la capacité de son corps par rapport à la terre est nettement inférieure aux valeurs moyennes indiquées précédemment (par exemple un grenier dans une construction en bois sec) ou encore lorsque, pour des rai- sons de sécurité, il travaille avec des gants isolants9 qui l'empochent de faire contact avec le plot de la sonde. Le courant qui traverse la sonde est alors nettement insuffi- sant pour provoquer une lueur visible dans le tube au néon, En outre, les caractéristiques des tubes au néon peuvent évoluer quand ces tubes vieillissent, la chute interne de tension ou le courant nécessaire pour l'apparition d'une lueur visible se modifiant, de sorte que la sensibilité de la sonde n'est pas fiable. Par ailleurs, si un incident détériore une sonde à tube au néon, cet incident peut se traduire par un court-circuit interne, et l'utilisation ul- térieure peut donner lieu à des accidents. L'invention a pour objet une sonde de tension de ce genre, qui présente une sensibilité peu variable dans le temps et suffisante pour répondre pratiquement en toutes circonstances, même avec des impédances très élevées entre le corps de liopérateur et la terre. L'invention a également pour objet une sonde fonction- nant sans contact matériel avec une partie quelconque du corps de l'opérateur, en sorte d'être utilisable avec des gants isolants, et de ne pas causer de risques d'accidents par suite d'une détérioration interne. A ces effets l'invention propose une sonde destinée à permettre à un opérateur de distinguer, sur une installa- tion électrique à basse tension et fréquence industrielle des conducteurs de phase de conducteurs neutres, par détec- tion du courant passant à travers la sonde, le corps de l'opérateur portant la sonde, et la capacité entre ce corps et la terre, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans un bottier isolant adapté à être tenu par la main de l'opéra- teur, un élément conducteur formant masse interne tel que sa capacité par rapport à la main de l'observateur soit com- prise entre 5 et 10 picofarads, une pointe de touche sor- tant du bottier et adaptée à prendre contact avec les con- ducteurs précités, et un détecteur de courant entre pointe de touche et élément conducteur interne, avec un seuil ré- glé entre 0,2 et 2 microampères. Par cette disposition, l'impédance qui détermine prin- cipalement le courant qui traverse la sonde est à la capa- cité entre masse interne de la sonde et la main de l'opéra- teur, à travers le bottier isolant. On rappelle qu'une ca- pacité de 5 à 10 pP présente à 50 Hz une impédance d'envi- ron 600 à 300 mégohms. Le bottier isolant peut présenter toutes garanties pour la sécurité de l'opérateur et l'épais- seur de diélectrique entre élément de masse interne et main de l'opérateur peut être telle que le port d'un gant iso- lant ajoute peu à cette épaisseur et modifie donc peu la capacité. Le calibrage de la sonde, par réglage du courant de seuil, permet d'assurer la fiabilité, De préférence le seuil de courant correspond au cou- rant traversant la capacité entre élément de masse interne et main de l'opérateur lorsqu'une tension d'environ 130 à volts est appliquée à cette capacité. On peut ainsi - clairement faire la distinction entre les conducteurs à 220 volts par rapport à la terre et les conducteurs neutres, quand le potentiel du corps de l'opérateur reste inférieur à 90 volts par rapport à la terre, en première approxima- tion0 En disposition préférée, le détecteur de courant com- prend un pont potentiométrique entre pointe de touche et élément de masse interne, avec une prise intermédiaire, un amplificateur couplé en entrée entre prise intermédiaire et masse interne et en sortie à l'entrée d'un comparateur at- taquant au moins une diode électroluminescente. De préférence un circuit de détection est inséré entre amplificateur et comparateur, Les caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, i titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans les- quels: la figure 1 est un schéma de sonde selon l'invention; la figure 2 est un schéma des capacités entre un opé- rateur et conducteur sous tension, sonde et terre, destiné à expliciter les répartitions de potentiels.. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, la sonde 1 dans son ensemble comporte une pointe de touche 2 avec une âme conductrice 2a saillante, prise dans un corps isolant, et reliée aux éléments contenus dans le bottier 3 par- un cordon isolé 2b.- Le bottier 3, en ma- tière isolante et conforme aux prescriptions réglementai- res, comporte sur ses surfaces internes un tapissage con- ducteur 4, constituant masse interne, Entre l'âme conduc- trice 2a de la pointe de touche 2 et la masse interne 4 est disposé un pont potentiométrique constitué par une résis- tance de tête 5 de 10 mégohms, une résistance 6 réglable entre 90 kilohms et zéro, et une résistance talon 7 de 10 kilohms. Un amplificateur opérationnel 8, d'amplifica- tion réglée à 100 par un pont de rétroaction, est branché en entrée à une prise intermédiaire du pont entre la résis- tance de tête 5 et la résistance réglable 6. La tension de sortie de l'amplificateur 8 est détectée par une diode 9 suivie d'une cellule de filtrage 10, et la tension détectée est appliquée à l'entrée directe d'un amplificateur opéra- tionnel 11, fonctionnant en comparateur avec une tension de seuil sur l'entrée inverseuse, définie par le pont de résis- tance 12, 13 disposé entre source positive 17 et masse in- terne 4. La sortie du comparateur 11 attaque la base d'un transistor 14 modulant une diode électroluminescente 15 alimentée par la source 17 à travers une résistance de charge 16. Un poussoir 18 permet de relier les circuits à la source d'alimentation 17o On n'a pas représenté les ali-- mentations des amplificateurs pour la clarté du schéma, - mais il est clair que la source 17 fournit les tensions positives et négatives usuelles par rapport à la masse interne, et que le poussoir 18 assure la mise sous tension générale. On n'a représenté qu'une diode électroluminescen- te 15, mais on peut en disposer plusieurs en série. Le fonctionnement de la sonde en soi apparaît claire- ment. Un courant (alternatif 50 Hz) entre l'âme 2a de la pointe de touche et la masse interne 4 développe, à la prise intermédiaire entre les résistances 5 et 6 et par rapport à la masse interne 4, une tension de 10 à 100 mV par microampère, suivant le réglage de la résistance 6. Le seuil du comparateur 11 est réglé à 2 volts, et la détec- tion 9, 10 fait apparaître une tension continue sensible- - 5 ment égale à la valeur efficace de la tension alternative en sortie de l'amplificateur 8 (d'amplification égale à ), en sorte que le basculement du comparateur 11 se pro- duit pour un courant réglable entre 0,2 et 2 microampères, suivant le réglage de la résistance 6, ce basculement pro- voquant l'allumage de la diode électroluminescente 15. On remarquera que cet allumage est franc, l'intensité de lu- mière émise étant indépendante du courant traversant la son- de, au-dessus du seuil- Pour comprendre comment un courant circule dans la sonde 1, entre l'âme 2a de la pointe de touche 2 et la mas- se interne 4, isolée de l'extérieur-par le bottier 3, on se référera à la figure 2. L'opérateur 20 est isolé de la terre 21, et du conducteur de phase 22. Il tient à la main la sonde 23, qui fait contact par sa pointe de touche 23a avec le conducteur 22. La capacité entre opérateur 20 et terre 21 est représentée par le condensateur 24, entre opé- rateur 20 et conducteur 22 par le condensateur 25, tandis que la capacité entre masse interne de la sonde 23 et main de l'opérateur 20 est représentée par le condensateur 26, Les réactances des condensateurs 25 et 26 peuvent 9tre considérées comme réactances pures, car le condensateur 25 n'a pas de résistance de fuite, et la résistance de 10 mégohms en série avec le condensateur C26 (pont potentio- métrique 5, 6, 7 de la'figure 1) peut être négligée devant la réactance propre de 26 (600 mégohms environ pour 5 pico- farads). De plus, si le condensateur 24 présente fréquem- ment des fuites (isolement imparfait de l'opérateur par rapport à la terre), le potentiel résultant de l'opérateur 20 par rapport à la terre 21 est abaissé, de sorte que les courants seront plus intenses dans tout le réseau. En sup- posant que la réactance du condensateur 24 est pure on dé- termine la sensibilité, ultime de la sonde. Il est facile d'établir que le courant de sonde I., si V22 est la tension du conducteur 22 par rapport à la terre, et C24, C25 et C26 les capacités respectives des condensa- teurs 24, 25 et 269) étant la pulsation du réseau, est donné par e = V22 026 C24 + C25 + 026 (1) ou, si V22 = 220 volts, 026 + 5 PS eta= 2Rx 50 Hz _6 C24 Is = 0,35 l06 x + 24 (2) C24 + 25 + 26 si le Is décelable est 0,2 microampère, l'allumage de la sonde est obtenu pour: 024> 1,5 025 + 7,5 pF (3) si l'on admet pour valeur moyenne de capacité entre l'opé- rateur et un conducteur de phase C25 = 20 pF, il suffira que la capacité de l'opérateur vers la terre soit de l'or- dre de 40 pF pour que la sonde fournisse un signal lumineux, On remarquera qu'à ce moment la tension aux bornes de la capacité 26 entre main de l'opérateur et masse interne de la sonde est d'environ 127 volts. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exem- ples décrits, mais en embrasse toutes les variantes d'exé- cution. Par ailleurs, étant donné que la sonde de l'invention incorpore un détecteur de courant à seuil réglé, sensible à un courant de seuil très faible, il va sans dire que les sondes selon l'invention pourront comprendredes disposi- tions permettant des fonctions complémentaires classiques (mesures d'impédances de fuites, mesures de courants fai- bles) utilisant le détecteur à seuil précité, sans sortir pour autant du cadre de l'inventiono REVENDICATIONS 1. Sonde destinée à permettre à un opérateur de dis- tinguer, sur une installation électrique à basse tension et fréquence industrielle, des conducteurs de phase de con- 5. ducteurs neutres, par détection du courant passant à tra- vers la sonde, le corps de l'opérateur portant la sonde, et la capacité entre ce corps et la terre, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans un bottier isolant adapté à 8tre tenu par la main de l'opérateur, un élément conducteur for- nant masse interne tel que sa capacité par rapport à la main de l'observateur soit comprise entre 5 et 10 pico- farads, une pointe de touche sortant du bottier et adaptée à prendre contact avec les conducteurs précités, et un dé- tecteur de courant entre pointe de touche et élément con- - ducteur interne, avec un seuil réglé entre 0,2 et 2 micro- ampèreso 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit seuil correspond au courant passant à travers la capacité entre élément interne et main de l'opérateur, lorsqu'une tension d'environ 130 à 200 volts est appliquée aux bornes de cette-capacité. 3. Sonde selon une des revendications 1 ou 2, caracté- risée en ce que le détecteur de courant comprend un pont potentiométrique entre pointe de touche et élément de masse interne avec une prise intermédiaire, un amplificateur couplé en entrée entre prise intermédiaire et masse interne et en sortie à l'entrée d'un comparateur à seuil avec une tension de référence, au.moins une diode électroluminescen- te étant disposée en sortie de comparateur. 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un circuit de détection est inséré entre amplificateur et comparateuro