Brevet FR2479556A1 — publié le 19811002

DECLENCHEUR STATIQUE PERFECTIONNE POUR DISJONCTEUR ELEC- TRIQUE. L'invention est relative à un dispositif de déclenchement électronique associé au mécanisme de commande d'un disjonc- teur électrique de protection d'un réseau multipolaire, et comportant: - un détecteur, notamment à transformateurs d'intensités délivrant un signal représentatif du courant circulant dans les conducteurs de réseau, - des circuits électroniques de déclenchement long retard, court retard, et/ou homopolaire pour délivrer des ordres de déclenchement temporisés ou instantanés selon l'intensité et la nature du courant de défaut, - et une bobine de déclenchement dont l'alimentation est commandée par un commutateur sensible à un ordre de déclen- chement émis par l'un quelconque des circuits déclencheurs suite à la détection d'un courant de surcharge, de court- circuit ou différentiel. Selon un dispositif connu du genre mentionné à propre cou- rant, les transformateurs de courant fournissent le signal de mesure ou d'information et l'alimentation des circuits électroniques et de la bobine de commande du déclencheur. L'excitation de la bobine de déclenchement intervient par le déblocage du commutateur formé par un thyristor en série avec la bobine. Des moyens additionnels sont indispensables pour appliquer l'énergie électrique soit au circuit de me- sure et de surveillance, soit à la bobine de déclenchement. La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et de permettre la réalisation d'un déclencheur statique simple qui assure le maintien de l'alimentation du circuit de surveillance lors de l'excitation de la bo- bine de déclenchement. Le déclencheur statique est caractérisé.par le fait que le- ê dit signal représentatif du courant est appliqué à une ré- sistance de mesure insérée électriquement dans un circuit série comprenant de plus un dispositif d'alimentation de tension continue régulée desdits circuits déclencheurs, et la bobine de déclenchement aux bornes de laquelle est bran- ché en parallèle le commutateur susceptible de se trouver soit dans un état conducteur provoquant le shuntage de la bobine et le passage de tout le courant à travers le commu- tateur, soit dans un état de blocage après délivrance d'un ordre de déclenchement par l'un des circuits long retard, court retard et homopolaire, qui provoque l'augmentation de l'impédance du circuit série et l'excitation de la bobine de déclenchement. Selon une caractéristique de l'invention, ledit circuit sé- rie de la résistance de mesure, de l'alimentation et de la bobine de déclenchement est connecté aux bornes de sorties d'un générateur de courant formé par un dispositif redres- seur alimenté par les transformateurs d'intensité du détec- teur associés aux conducteurs de phase du réseau. On remarque que dans l'état débloqué du commutateur, l'im- pédance Z du circuit série est faible et toute l'énergie électrique fournie par les transformateurs de courant as- sociés aux conducteurs R, S, T des phases du réseau est utilisée pour fournir le signal de mesure et l'alimentation des circuits déclencheurs. Lors de l'émission d'un ordre de déclenchement provoquant le blocage du commutateur, l'impédance Z du circuit série augmente ainsi que la ten- sion E redressée délivrée par les transformateurs jouant le rôle d'un générateur de courant. La majorité de l'éner- gie électrique sert à alimenter la bobine de déclenchement, mais l'alimentation de l'électronique de surveillance est maintenue. Selon une caractéristique de l'invention, le signal de ten- sion redressée aux bornes de la résistance de mesure est appliqué après traitement aux circuits déclencheurs long retard et court retard coopérant avec des moyens de tempori- sation pour délivrer soit un ordre de déclenchement retardé d'une durée fonction de la valeur de la surcharge, soit un ordre de déclenchement instantané sur court-circuit à une porte OU de commande du commutateur rendu non conducteur pour l'excitation de la bobine. Selon une autre caractéristique de l'invention, le commuta- teur est formé par un premier transistor dont la base est reliée à la sortie de la porte OU de commande et dont le collecteur est connecté à la base d'un deuxième transistor de shuntage de la bobine de déclenchement. Selon un développement de l'invention, les sorties des cir- cuits déclencheurs long retard, court retard et homopolaire sont connectées aux bases de trois transistors de commande dont les collecteurs sont branchés d'une part au circuit logique de la porte OU, et d'autre part à des indicateurs de déclenchement susceptibles de déterminer la nature du défaut. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res- sortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue synoptique du déclencheur statique selon l'invention; la figure 2 illustre un schéma détaillé d'une partie du déclencheur selon la fig. 1. Sur les figures, le déclencheur statique 10 est piloté par quatre capteurs de courant, notamment des transformateurs d'intensités 12, 14, 16, 18 en forme de tores, couplés magnétiquement aux conducteurs R, S, T et N d'un réseau triphasé avec neutre protégé par un disjoncteur 20 à bobine de déclenchement 22. Chaque enroulement secondaire des transformateurs d'intensité 12 à 16, associés aux conduc- teurs des phases R, S, T, alimente un pont redresseur 24, 26, 28 à diodes et un enroulement primaire 23, 25, 27 d'un transformateur de terre 30 à noyau ferromagnétique jouant le rôle de détecteur de courant différentiel. L'enroulement secondaire du transformateur d'intensité 18 associé au con- ducteur neutre N est branché directement à l'enroulement primaire 29 du transformateur de terre 30. L'enroulement secondaire 31 de ce dernier effectue la sommation des cou- rants circulant dans le réseau et délivre un signal à un pont redresseur 32 à double alternance lors de l'apparition d'un défaut différentiel sur le réseau. Les sorties des trois ponts redresseurs 24, 26, 28 sont connectées en sé- rie pour faire apparaître une tension redressée à double alternance E aux bornes de sorties 34, 36. L'une des sor- ties du pont redresseur 32, associée au transformateur différentiel 30, est branchée à la borne 34 portée à la polarité positive de la tension E. L'autre sortie du pont 32 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance homo- polaire 39 à une borne 38 de la polarité négative de la tension E. Le dispositif est du type à propre courant dans lequel les transformateurs de courant 12 à 18 fournissent les signaux de mesure des courants de surcharge et homopolaire, et l'alimentation des circuits électroniques du déclencheur statique 10, et de la bobine 22 de déclenchement du dis- joncteur 20. Une résistance de mesure 40 du courant de surcharge con- nectée entre les bornes 36, 38, est le siège d'un signal de tension proportionnel à la valeur maximale du courant parcourant les conducteurs R, S, T du réseau. La résis- tance de mesure 40 ou tout autre moyen de détection de la présence d'un courant de surcharge, présente une résistance ohmique de valeur prédéterminée ou modifiable en fonction du courant nominal du disjoncteur. Un circuit série, désigné par le repère général 42, est branché aux bornes de sortie 34 et 36 des ponts redresseurs 24, 26, 28 et comporte en plus de la résistance de mesure 40, un dispositif d'alimen- tation 44 en tension continue régulée des circuits électro- niques du déclencheur statique 10, et la bobine 22 de dé- clenchement du disjoncteur 20. La résistance de mesure 40, l'alimentation 44 et la bobine 22 sont ainsi reliées élec- triquement en série dans le circuit 42 alimenté par la ten- -sion redressée E. Le signal de tension développé aux bornes de la résistance de mesure 40 est appliqué à un dispositif de traitement 46 formé par un circuit détecteur de crête classique qu'il est inutile de décrire en détail. Le signal mis en forme par le dispositif 46 pilote un circuit déclencheur long retard LR, un circuit déclencheur court retard CR, ou tout autre dé- clencheur 48, qui délivre un signal de déclenchement lors- que le courant détecté par les transformateurs d'intensité 12, 14, 16 dépasse un seuil ou une fonction prédéterminée. Les circuits déclencheurs CR et LR comportent d'une manière bien connue des amplificateurs opérationnels montés en com- parateurs et polarisés à des seuils échelonnés de manière à délivrer des ordres de déclenchement temporisé en fonc- tion du niveau du signal détecté par la résistance 40, en- traînant soit un déclenchement instantané sur court-circuit soit un déclenchement retardé d'une durée fonction de la valeur de la surcharge. Les amplificateurs à seuils du cir- cuit LR coopèrent avec un dispositif de temporisation pour définir une fonction d'amplitude et de temps de retard en assurant une courbe de déclenchement en gradins long retard en I2t. Le signal développé aux bornes de la résistance homopo- laire 39 est appliqué à un circuit déclencheur homopolaire H qui fournit un ordre de déclenchement lors de l'appari- tion d'un défaut différentiel détecté par le transforma- teur 30. Les sorties des circuits déclencheurs long retard LR, court retard CR, homopolaire H et 48 sont branchées à une porte OU 50 de commande d'un dispositif de commutation statique 52 connecté en parallèle aux bornes de la bobine 22 de dé- clenchement du disjoncteur. Le commutateur 52 bistable est formé par deux transistors 54, 56, la bobine 22 étant bran- chée entre le collecteur et l'émetteur du transistor 56 dont la base est reliée au collecteur du premier transistor 54. Le commutateur 52 à transistors 54, 56 peut être rem- placé par tout autre élément de commutation à deux états de fonctionnement susceptible de se trouver respectivement dans un état de déblocage pour le shuntage de la bobine 22 lors du non dépassement d'un seuil prédéterminé de déclen- chement, et dans un état de blocage pour l'alimentation de la bobine 22 lors de la délivrance d'un signal de déclenche- ment émis par l'un des circuits déclencheurs LR, CR, H ou 48 après détection d'un courant de surcharge ou différen- tiel par l'un'des transformateurs d'intensité 24 à 30. Un condensateur 58 antiparasite et un élément limiteur de tension 60 du type Varistor à résistance non linéaire sont connectés respectivement en parallèle sur la bobine 22 de déclenchement. La tension développée aux bornes de la bo- bine 22 dans l'état bloqué du commutateur 52 est ainsi li- mitée lors de l'apparition d'une surintensité dans le cir- cuit série 42. Le dispositif d'alimentation 44 en tension continue des circuits électroniques de déclenchement comprend une diode Zener 62 dont la cathode est connectée au point de raccor- dement 64 de l'émetteur du transistor 56, et de l'une des bornes de la bobine 22. L'anode de la diode Zener 62 est raccordée à l'anode d'une diode 66 reliée par sa cathode à la borne 38 du circuit série 42. La tension prélevée au point intermédiaire 68 de la liaison des anodes des diodes 62, 66 sert de tension de référence et les polarités posi- tive et négative de la tension continue d'alimentation dé- livrée par le dispositif 44 sont situées respectivement aux cathodes des mêmes diodes 62, 66. Les sorties des circuits déclencheurs long retard LR, court retard CR et homopolaire H sont connectées respectivement aux bases de trois transistors 70, 72, 74 de commande dont les collecteurs sont branchés d'une part aux entrées du circuit logique OU 50, et d'autre part à des indicateurs de déclenchement 76, 78, 80 susceptibles de déterminer la nature de l'ordre de déclenchement lors de la conduction de l'un des transistors 70 à 74 dont chaque émetteur est au potentiel de référence du point 68. Une diode Zener 82 branchée entre la borne 34 et les indicateurs de déclen- chement 76, 78e 80 assure la commande des signalisations lorsque la tension est suffisante aux bornes de la bobine 22 de déclenchement. Chaque indicateur de déclenchement 76 à 80 est shunté par une diode 84, 86, 88 dont la cathode est reliée à l'anode de la diode Zener 82. Pour éviter un déclenchement intempestif du disjoncteur 20 à la mise sous tension, un dispositif de commande auxi- liaire 90 provoque un déblocage initial du commutateur 52 à transistors 54, 56 pour assurer le court-circuitage de la bobine 22 de déclenchement dès l'apparition d'un cou- rant dans les transformateurs d'intensité 12 à 18. Le fonctionnement du déclencheur statique sebn les figures 1 et 2 est le suivant: En l'absence de défaut différentiel ou courant de sur- charge au-delà d'un seuil prédéterminé le commutateur 52 se trouve normalement débloqué pour shunter la bobine 22 de déclenchement du disjoncteur 20 dont les contacts sont fermés. L'impédance Z du circuit série 42 est faible et dépend uniquement de la valeur de la résistance 40 et de l'impédance des diodes 62, 66. Les circuits électroniques déclencheurs LR, CR et H sont alimentés par le dispositif 44 à tension continue du circuit série 42 et la tension de commande aux bornes des résistances homopolaire 39 et de mesure 40 est insuffisante pour assurer l'émission d'un quelconque ordre de déclenchement vers la base du transis- tor 54. Le shuntage de la bobine 22 provoque le passage de tout le courant à travers le commutateur 52 et on remarque que toute l'énergie électrique fournie par les trois trans- formateurs 12 à 16 à partir des lignes R, S, T est utilisée pour fournir un signal de mesure ou d'information aux cir- cuits déclencheurs ainsi que l'énergie pour l'alimentation 44. Lors de l'apparition d'un courant différentiel sur le ré- seau détecté par le transformateur 30, le signal de tension homopolaire de la résistance 39 est appliqué au circuit dé- clencheur H, qui délivre un ordre de déclenchement diffé- rentiel à la porte OU 50. Il en est de même pour un courant de surcharge ou de court-circuit qui provoque l'émission d'un ordre de déclenchement temporisé ou instantané par l'un des circuits déclencheurs long retard LR ou court-re- tard CR commandés par la tension aux bornes de la résistance 40 de mesure. L'un quelconque de ces ordres de déclenche- ment assure le blocage du transistor 56 du commutateur 52 entraînant l'excitation immédiate de la bobine 22 de dé- clenchement suivie de l'ouverture des contacts du disjonc- teur 20. La nature du défaut est signalé simultanément par l'un des indicateurs de déclenchement76, 78, 80. La tension de mesure aux bornes des résistances 39 et 40 et l'alimenta- tion 44 des circuits électroniques de déclenchement et de surveillance sont maintenues durant la phase de déclenche- ment précédant l'ouverture du disjoncteur. Dans l'état blo- qué du commutateur 52, l'impédance Z du circuit série 42 augmente entraînant l'accroissement de la tension redressée E et la majorité de l'énergie électrique fournie par les ponts redresseurs du générateur de courant sert alors à alimenter la bobine 22 de déclenchement. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électroniques. Revendications 1. Dispositif de déclenchement électronique associé au méca- nisme de commande d'un disjoncteur électrique de protection d'un réseau multipolaire, et comportant: - un détecteur, notamment à transformateurs d'intensité (12, 14, 16, 18, 30) délivrant un signal représentatif du courant circulant dans les conducteurs du réseau, - des circuits électroniques de déclenchement long retard LR, court retard CR, et/ou homopolaire H, pour délivrer des or- dres de déclenchement temporises ou instantanés selon l'in- tensité et la nature du courant de défaut, - et une bobine (22) de déclenchement dont l'alimentation est commandée par un commutateur (52) sensible à un ordre de déclenchement émis par l'un quelconque des circuits dé- clencheurs suite à la détection d'un courant de surcharge, de courtcircuit ou différentiel, caractérisé par le fait que ledit signal représentatif du courant est appliqué à une résistance de mesure (40) insérée électriquement dans un circuit série (42) comprenant de plus un dispositif d'alimentation (44) de tension continue régulée desdits circuits déclencheurs, et la bobine de déclenchement (22) aux bornes de laquelle est branché en parallèle le commuta- teur (52) susceptible de se trouver soit dans un état con- ducteur de déblocage provoquant le shuntage de la bobine (22) et le passage de tout le courant à travers le commu- tateur (52), soit dans un état de blocage après délivrance d'un ordre de déclenchement par l'un des circuits LR, CR et H, qui provoque l'augmentation de l'impédance du circuit série (42) et l'excitation de la bobine (22) de déclenche- ment. 2. Dispositif de déclenchement électronique selon la reven- dication 1, caractérisé par le fait que ledit circuit série (42) de la résistance de mesure (40), de l'alimentation (44) et de la bobine de déclenchement (22) est connecté aux bornes de sorties d'un générateur de courant formé par un dispositif redresseur alimenté par les transformateurs d'intensités (12, 14, 16) du détecteur associés aux conduc- teurs de phase R, S, T du réseau. 3. Dispositif de déclenchement électronique selon la reven- dication 2, caractérisé par le fait que le signal de tension redressé aux bornes de la résistance de mesure (40) est ap- pliqué après traitement aux circuits déclencheurs long re- tard LR et court retard CR coopérant avec des moyens de tem- porisation pour délivrer soit un ordre de déclenchement re- tardé d'une durée fonction de la valeur de la surcharge, soit un ordre de déclenchement instantané sur court-circuit à une porte OU 50 de commande du commutateur 52 rendu non conducteur pour l'excitation de la bobine (22). 4. Dispositif de déclenchement électronique selon la reven- dication 3, caractérisé par le fait que la porte OU 50 de commande du commutateur 52 est connectée à la sortie du circuit déclencheur homopolaire H piloté par une tension représentative d'un courant de défaut différentiel et déve- loppé aux bornes d'une-résistance homopolaire (39) par l'in- termédiaire d'un transformateur différentiel (30). 5. Dispositif de déclenchement électronique selon la reven- dication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le commutateur (52) est formé par un premier transistor (54) dont la base est reliée à la sortie de la porte OU 50 de commande et dont le collecteur est connecté à la base d'un deuxième transistor (56) de shuntage de la bobine de déclenchement (22). 6. Dispositif de déclenchement électronique selon la reven- dication 5, caractérisé par le fait que le dispositif d'alimentation (44) des circuits électroniques déclencheurs H, LR, CR comporte une diode Zener (62) dont la cathode est reliée à l'émetteur du deuxième transistor (56) et dont l'anode est branchée à l'anode d'une diode (66) raccordée en série avec la résistance de mesure (40) du circuit (42). 7. Dispositif de déclenchement électronique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de commande auxiliaire (90) évitant un déclen- chement intempestif du disjoncteur à la mise sous tension en provoquant le déblocage initial du commutateur (52) et le court-circuitage de la bobine de déclenchement (22). 8. Dispositif de déclenchement électronique selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que les sor- ties des circuits déclencheurs long retard LR, court retard CR, et homopolaire H sont connectés aux bases de trois transistors de commande (70, 72, 74) dont les collecteurs sont branchés d'une part au circuit logique de la porte OU (50) et d'autre part à des indicateurs de déclenchement (76, 78, 80) susceptibles de déterminer la nature du défaut. 9. Dispositif de déclenchement électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un élément limiteur de tension (60) à résistance non linéaire est branché en parallèle aux bornes de la bobine de déclen- chement (22).