Brevet FR2482376A1 — publié le 19811113

"CIRCUIT ELECTRIQUE DE PROTECTION CONTRE L'ELECTROCUTION DES PERSONNES" La présente invention concerne un circuit de protection contre l'électrocution des personnes pour des systèmes d'alimentation électrique, comportant au moins un premier et un second conducteur qui sont connectés à une source de courant électrique et qui peuvent être connectés à leurs autres extrémités à une charge, des moyens de commutation normalement fermés étant placés entre la source de courant électrique et au moins le premier conducteur de ligne et étant couplés à un circuit de commande pourvu d'un détec- - teur de déséquilibre de courant qui réagit au contact d'un corps humain, ledit circuit de commande activant alors les- dits moyens de commutation d'une manière telle que le con- ducteur de ligne en question soit désaccouplé de la source de courant électrique.. Les systèmes d'alimentation dans lesquels du courant électrique est amené par exemple sur de grandes-distances par l'intermédiqire de câbles à une ou plusieurs charges présentent de grands dangers.- L'exemple type d'une situa- tion dangereuse est celle dans laquelle le câble est endom- magé par des travaux de fouille et est souvent entièrement rompu. Les conducteurs de ligne en cuivre peuvent alors être touchés par exemple par un enfant qui joue dans la fouille de sable. De plus, une situation dangereuse peut se présen- ter à l'encontre du personnel d'entretien lors d'opérations effectuées, soit sur l'appareil, sur les têtes de câble et les fiches ainsi que sur les conducteurs connectés au câble, soit lors d'opérations effectuées sur les conducteurs d'ali- mentation en cuivre du câble proprement dit et protégés par son enveloppe, lorsque ledit personnel ne tient pas compte -2- des mesures prescrites pour ces opérations, comme par ex- emple la coupure prescrite de la tension préalablement aux opérations de réparation, et la mise à la terre des conduc- teurs. Un circuit de protection du type précité est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique B 534.915. Dans ce circuit de protection-connu, le premier conducteur est por- té à une haute tension, le deuxième conducteur est un conduc- teur de retour et un troisième est un conducteur de terre. Des moyens de commutation normalement fermés sont disposés en série avec le premier conducteur. Le détecteur de désé- quilibre de courant comporte un noyau de matière magnétique annulaire. Le premier conducteur et le conducteur de retour reliés à la charge passent à l'intérieur de l'anneau. De plus, un petit enroulement est prévu autour d'une des bran- ches du noyau, les extrémités de cet enroulement étant con- nectées au circuit de commande qui est couplé aux moyens de commutation normalement fermés. La charge est par exemple formée par un moteur, une installation de perçage ou une machine à laver qui sont montées dans un bati connecté au conducteur de terre. Dans des conditions de travail normales, les valeurs de courants qui passent dans le conducteur aller et dans le conducteur de retour sont égales. Le champ magné- tique résultant est donc nul dans l'entourage du noyau et l'enroulement ne produit pas de courant d'induction. Cepen- dant, lorsque le premier conducteur vient en contact avec le conducteur de terre par l'intermédiaire d'une personne ou d'un autre trajet à faible valeur ohmique, un déséqui- libre de courant se produit aux extrémités de l'enroulement et a pour effet, à l'aide du circuit de commande, de faire déclencher les moyens de commutation normalement fermés et d'interrompre ainsi la liaison entre le conducteur et la source de courant électrique. Le circuit de commande est agencé d'une manière telle que, lorsque le conducteur de retour vient en contact par l'intermédiaire d'une personne ou d'un autre trajet à faible valeur ohmique avec le conduc- teur de terre, lesdits moyens de commutation déclenchent -3- également. Ce circuit de protection connu ne peut pas être utilisé sans plus dans des systèmes de transmission par câble à cause du fait que le conducteur de retour est le plus sou- vent séparé du premier conducteur. L'invention a pour but de fournir une solution par laquelle ledit circuit dé pro- tection puisse être utilisé dans des systèmès d'alimenta- tion par câble sans utiliser le conducteur de retour. L'invention est caractérisée en ce qu'un troisième con- ducteur de ligne est disposé au moins parallèlement au pre- mier conducteur de ligne, les extrémités initiales du pre- mier et du troisième conducteur de ligne étant couplées -1' une à l'autre et au détecteur de déséquilibre de courant d'une manière telle que, dans l'état de fonctionnement, la. direction du courant dans le premier et le troisième conduc- teur-de ligne soit la même de sorte que ledit détecteur dé- tecte le déséquilibre du courant entre le premier et le troi- sième conducteur de ligne. L'invention sera décrite ci-après avec référence au- dessin annexé dans lequel: la figure 1 illustre une première forme. d'exécution du circuit de protection conforme à l'invention; la figure 2 illustre une deuxième forme d'exécution du circuit de protection conforme à l'invention, et la figure 3 illustre une troisième forme d'exécution du circuit de protection conforme à l'invention. L'exemple de réalisation représenté sur le figure 1 est un système d'alimentation tel qu'on peut par exemple en uti- liser pour une alimentation dans des systèmes de transmis- sion par câble, comme par exemple dans des systèmes de trans- mission par fibres optiques, Les moyens de commutation nor- malement fermés sont constitués par l'interrupteur 3 qui est connecté, d'une part au point d'alimentation 1, et d'au- tre part à la prise médiane d'une bobine d'équilibrage 4 qui est placée entre le premier conducteur 8 et le troisième conducteur 9. Le deuxième conducteur 16 est connecté au -4- point d'alimentation 2. L'autre extrémité du deuxième con- ducteur 16 est connectée au point de connexion 15 de la charge 13. Les extrémités de connexion du premier conduc- teur de ligne 8 et du troisième conducteur de ligne 9 si- tués près de la charge 13 sont connectées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une bobine d'équilibrage 11, la prise médiane de cette bobine 11 étant connectée au point de con- nexion 14 de la charge 13. Le circuit de commande 6 pourvu d'un détecteur de déséquilibre de courant est connecté à une bobine 5 qui-est couplée magnétiquement à la bobine d'équilibrage -4. Le circuit de commande pourvu d'un détec- teur de déséquilibre de courant n'est pas décrit plus en détail. Il peut par exemple être réalisé comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique B 554.915. D'autres cir- cuits de commande pourvus de détecteurs de déséquilibre de courant peuvent aussi être utilisés. Le circuit de protec- tion conforme à l'invention fonctionne de la manière sui- vante: dans.des conditions de fonctionnement normales, les cou- rants qui passent par les conducteurs de ligne 8 et 9, sont à peu près égaux l'un à l'autre. Les courants sont donc équilibrés et le détecteur de déséquilibre de courant dans le circuit de commande 6 ne fournit aucun signal de commande. Cependant, lorsqu'un des conducteurs de ligne 8 et 9 est touché par une personne, le conducteur en question présente un trajet de faible résistance ohmique vers la terre. Les courants dans les conducteurs de ligne 8 et 9 ne sont plus en équilibre. Le détecteur de déséquilibre de courant dans le circuit de commande 6 constate ce fait et fournit un si- gnal de commande au circuit 6 à partir duquel l'interrup- teur normalement fermé 3 s'ouvre et la liaison entre les conducteurs de ligne 8 et 9 et la source de courant élec- trique s'interrompt. Ce n'est que lorsque les conducteurs de ligne 8 et 9 sont touchés simultanément par une personne que le détecteur de déséquilibre de courant risque de ne pas réagir. -5- Un procédé pour réduire la probabilité d'un contact simultané avec les conducteurs de ligne 8 et 9 est indiqué dans la forme d'exécution de lafigure 2. Dans cette forme d'exécution, le conducteur 16 de la figure 1 est également divisé en deux conducteurs de ligne parallèles 160 et 161. Les moyens de commutation normalement fermés sont consti- tués par l'interrupteur 3 qui est connecté, d'une part à la prise médiane d'une bobine d'équilibrage 40 disposée entre le conducteur de ligne 80 et le conducteur de ligne 90, et d'autre part au point d'alimentation 1. La première extrémité de la bobine 40 est connectée au premier conduc- teur 80 et l'autre extrémité est connectée au troisième conducteur de ligne 90. Le circuit de commande 60 pourvu d'un détecteur de déséquilibre de courant est connecté à une bobine 50 qui est couplée magnétiquement à la bobine 40. Lès autres extrémités des conducteurs de ligne 80 et sont couplées l'une à l'autre au moyen d'une bobine d'équilibrage 110. Un deuxième circuit de commande 70 pour- vu du détecteur de déséquilibre de courant est connecte à une bobine 100 qui est couplée magnétiquement à la bobine 110. Le deuxième conducteur de ligne 160 est Connecté à la première extrémité d'une bobine d'équilibrage 41 et un qua- trième conducteur de ligne 161 est connecté à-l'autre extré- mité de la bobine 41. La prise médiane de la bobine 41 est connectée au point d'alimentation 2. Un troisième circuit de commande 61 pourvu d'un détecteur de déséquilibre de courant est connecté à une bobine 51 qui est couplée magné- tiquement à la bobine 41. Les autres extrémités des conduc- teurs de ligne 160 et 161 sont connecté-esl'une à l'autre au moyen d'une bobine d'équilibrage 111. Un quatrième cir- cuit de commande 71 pourvu d'un détecteur de déséquilibre de courant est connecté à une bobine 101 qui est couplée magnétiquement à la bobine 111. La prise médiane de la bo- bine 110 est connectée au point 14 et la prise médiane de la bobine 111 est connectée au point 15. Entre les points 14 et 15 est connectée la charge 13. Entre les prises mé- dianes des bobines 110 et 111 est prévu un interrupteur de -6- court-circuit 120. Lorsqu'un des conducteurs de ligne 80 ou 90 est touché par une personne, les détecteurs de déséquilibre de courant des deux circuits de commande 60 et 70 le constatent et fournissent un signal de commande. Le signal de commande fourni par le circuit 60 assure l'ouverture de l'interrup- teur 3, ce qui rompt la liaison entre le point d'alimenta- tion 1 et les deux conducteurs de ligne 80 et 90. Le signal de commande fourni par le circuit 70 assure la fermeture de l'interrupteur de courtcircuit 120, de sorte que la haute tension appliquée à la charge 13 est court-circuitée. La mise en court-circuit de la tension dangereuse appliquée à la charge 13 fournit une protection directe et peut, comme le montre la figure 2, être combinée avec un circuit à maxi- mum de courant correspondant à la figure 1. Lorsqu'un des conducteurs de ligne 160 et 161 est touché par une personne, les détecteurs de déséquilibre de courant des deux circuits de commande 61 et 71 le constatent et fournissent un signal de commande. Le signal de commande fourni par le circuit 61 assure l'ouverture de l'interrupteur 3, ce qui rompt la liatson entre le point d'alimentation 1 et les deux conduc- teurs de ligne. 80 et 90. Le signal de commande fourni par le-circuit 71 assure la fermeture immédiate de l'interrup- teur de-mise en court-circuit 120, à la suite de quoi la haute tension appliquée à la charge 13 est court-circuitée. La liaison entre l'interrupteur 3 et les deux circuits de commande 60 et 61 est indiquée schématiquement par une ligne pointillée 12. Cette liaison peut être réalisée à l'.aide des techniques connues du spécialiste. Il en est de même pour la liaison indiquée par une ligne pointillée 121 entre l'interrupteur de mise en court-circuit 120 et les deux circuits de commande 70 et 71. Au surplus, il convient de noter qu'il ressort de la pratique que l'interrupteur de mise en court-circuit 120 occupe une place prépondérante pour une protection optimale du personnel. Ceci résulte qu'en dépit du fait que l'interrupteur 3 peut être rapide- ment ouvert, les capacités des conducteurs du câble par -7- rapport à la terre, maintiennent pendant un court laps de temps la tension coupée de sorte qu'une personne en contact avec le câble peut quand même subir un choc électrique dan- gereux pour sa vie. La présence de l'interrupteur de mise en courtcircuit précité permet d'éviter en grande partie-- ce danger. L'interrupteur 3 peut être remplacé par un cir- cuit à maximum de courant, par exemple par un coupe-circuit. Dans les formes d'exécution représentées aux figures 1 et 2, les conducteurs de ligne (8,9); (80,90) et (160,161) sont connectés l'un à l'autre par des bobines d'équilibrage. Une autre manière d'effectuer le couplage est cependant également possible. Un exemple en est donné à la figure 3. En lieu et place d'une bobine d équilibrage 4 telle qu'in- diquée que la figure 1, on peut prévoir un diviseur de ten- sion formé par les résistances 30 et 31 entre -les conduc- teurs de ligne 8 et 9, ces résistances ayant en principe des valeurs égales. Le circuit de commande 6 pourvu d'un détecteur de déséquilibre de courant est connecté à la prise médiane dudit diviseur de tension. Lorsque le courant-aug- mente dans un des conducteurs de ligne 8 et 9 par rapport au courant passant dans l'autre conducteur de ligne, ce qui est provoqué par le contact d'un des conducteurs par une personne, la chute de tension aux bornes de la résistance connectée au conducteur touché augmente, ce qui a pour- effet d'activer le circuit de commande 6 et d'ouvrir l'in- terrupteur 3. - 8- - REVENDICATIONS - 1.- Circuit de protection électrique cortre-l'électro- cution des personnes pour des systèmes d'alimentation élec- trique comportant au moins un premier (8) et un second (16) conducteur de ligne qui sont connectés à une source de courant électrique et qui peuvent être connectés à leurs autres extrémités à une charge (13), des moyens de commuta- tion (3) normalement fermés étant placés entre la source de courant électrique et au moins le premier conducteur de ligne' (8) et étant couplés à un circuit de commande (6) pourvu d'un détecteur dedéséquilibre de courant qui réagit au contact du corps humain, ledit circuit de commande acti- vant alors lesdits moyens de commutation d'une manière telle que le conducteur de ligne en question soit désaccouplé de la source de courant électrique, caractérisé en ce qu'un troisième conducteur de ligne (9) est disposé au moins pa- rallèlement au-premier conducteur de ligne (8), les extré- mités initiales du premier et du troisième conducteur de ligne étant couplées l'une à l'autre et au détecteur de déséquilibre de courant d'une manière telle que, dans l'état de.fonctionnement, la direction du courant dans le premier (8) et le troisième (9) conducteur de ligne soit la même de sorte que ledit détecteur détecte le déséquilibre de courant entre le premier (8) et le troisième (9) conducteur de ligne. -2.- Circuit de protection êlectrique suivant la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'un quatrième conducteur de ligne (161) est disposé en parallèle avec le deuxième conduc- teur de ligne (160), les extrémités initiales du deuxième et du quatrième conducteur étant couplées l'une à l'autre ainsi qu'à un second détecteur (61) de déséquilibre de cou- rant, ce dernier détectant le.déséquilibre de courant entre le deuxième et le quatrième conducteur de ligne et le deu- xième détecteur de-déséquilibre de courant étant également couplé aux moyens de commutation normalement fermés. --9-- 3.- Circuit de protection électrique suivant la reven- dication 2, caractérisé en ce que les extrémités de con- nexion terminales du premier (80) et du troisième (90) con- ducteur sont couplées l'une à l'autre ainsi qu'au troisième détecteur (70) de déséquilibre de courant, en ce que les extrémités de connexion terminales du deuxième (160) et du quatrième (161) conducteur sont connectées l'une à l'autre ainsi qu'à un quatrième détecteur (71) de déséquilibre de courant, le troisième (70) et le quatrième détecteur (71) détecteur de déséquilibre de courant étant également cou- plés à un interrupteur (120) de mise en court-circuit qui est disposé en parallèle avec la charge (13) connectée entre le couplage du premier (80) et du troisième (90) conducteur et le couplage du deuxième (160) et du quatrième (161) con- - ducteur.