Brevet FR2490889A1 — publié le 19820326

DISPOSITIF DE PROTECTION D'APPAREILS ELECTRIQUES ALIMENTES EN COURANT ALTERNATIF. L'invention est relative à un dispositif de protection pour un circuit d'alimentation en courant alternatif comprenant un détecteur associé au circuit d'alimentation pour émettre un signal alternatif représentatif du courant parcourant le circuit d'alimentation. Les circuits d'alimentation ou de distribution électrique comportent des dispositifs de protection signalant ou iso- lant automatiquement, par exemple par déclenchement d'un disjoncteur, les parties en surcharge ou en défaut afin d'éviter une extension du défaut à l'ensemble du circuit. Les disjoncteurs de protection sont généralement équipés d'un déclencheur thermique et électromagnétique incorporé à l'appareil, mais les performances de ces déclencheurs sont limitées. Les déclencheurs statiques proposés récemment pour des disjoncteurs de fort calibre sont compliqués et coûteux. La protection peut également être assurée par des relais de surveillance qui pilotent des dispositifs de com- mande pour pallier le défaut mais ces systèmes font appel à un grand nombre de composants et de liaisons dont la fia- bilité n'est pas absolue. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvé- nients et de permettre la réalisation d'un dispositif élec- tronique simple et performant pouvant être associé directe- ment à un disjoncteur ou à tout autre appareil de protec- tion. Le dispositif de protection selon l'invention est caracté- risé par le fait qu'il comporte de plus une interface de transfert dudit signal alternatif à un microprocesseur pour provoquer une interruption du microprocesseur au pas- sage à zéro du signal, une base de temps, de fréquence no- tablement supérieure à celle du signal alternatif, pilo- tant le microprocesseur et un compteur programmable dont le contenu est décrémenté à chaque.coup de la base de temps, le microprocesseur lisant le contenu dudit compteur lors du programme de traitement de ladite interruption pour générer à partir des lectures du compteur une action de protection. Le dispositif selon l'invention fait usage d'un micropro- cesseur dont les performances sont bien connues des spécia- listes, associé à un compteur piloté par les passages à zéro du signal représentatif du courant alternatif. Cet en- semble de base peut être agencé pour surveiller la fré- quence du signal alternatif en mesurant le temps écoulé en- tre deux passages à zéro successifs par simple soustraction des contenus du compteur aux instants de ces deux passages à zéro. Le microprocesseur génère le signal de protection qui peut être un signal indicateur ou un, signal de commande automatique par exemple d'actionnement d'un appareil de protection. Le dispositif peut gérer plusieurs voies, chacune par exem- pie affectée à l'une des phases du circuit, ou l'une étant affectée à l'intensité et l'autre à la tension d'un courant, en utilisant une interface de transfert des signaux à plu- sieurs entrées. Un détecteur, par exemple un transforma- teur de courant, fournit un signal alternatif de même fré- quence et d'amplitude instantanée proportionnelle à l'am- plitude du courant parcourant le conducteur de phase asso- cié. Les signaux alternatifs sont mis en forme sous la forme de signaux carrés. Ces derniers agissent sur une in- terface gérée par le microprocesseur. Chaque front bu un front sur deux) du signal carré provoque une Interruption du microprocesseur. Celui-ci se déroute de son programme principal et traite cette interruption. Ce traitement con- siste à lire en interrogeant l'interface quelle est la voie qui a provoqué l'interruption, c'est-à-dire la voie dont le signal vient de passer à zéro. Le microprocesceur lit alors le contenu du compteur. On conçoit qu'ainsi on puisse non seulement mesurer la fréquence du signal en me- surant le temps écoulé entre les passagies n zéro par lec- ture du compteur et soustraction des valeurs du compteur lues entre les temps t0 et t + T, T étant la période du signal, mais encore mesurer le déphasage entre deux signaux de même fréquence. Ce-dispositif peut être appliqué à un relais d'enclenchement de batteries de condensateurs pour le réglage du cos f, à des relais de mesure de puissance active ou réactive et/ou à des relais directionnels. Selon un développement ou l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé pour une détection de l'amplitude maximale pour assurer un déclenchement auto- matique d-'un disjoncteur lorsque cette amplitude maximale dépasse un seuil prédéterminé. On sait que dans un signal sinusoïdal la crête du signal est présente à l'instant T après le passage à zéro du signal. La fréquence et de ce fait la période T du signal étant connues, par exemple Hz dans le cas d'un réseau alternatif, ou mesurées de la manière susmentionnée, on utilise un compteur décrémenté à cà.aque coup de la base de temps. Au passage à zéro, le compteur est chargé à l'aide du microprocesseur avec une valeur binaire telle que ce compteur arrive à zéro à l'in- stant i plus tard. Lorsque le compteur arrive à zéro, il provoque une interruption du microprocesseur. Celui-ci lit alors la valeur instantanée du signal en utilisant un con- vertisseur analogique-numérique. On possède ainsi la va- leur du signal alternatif T après son passage à zéro.Si ce signal a été correctement filtré, celui-ci peut être con- sidéré comme sinusoidal. On a alors mesuré la valeur crête du signal et la valeur efficace du signal s'en déduit. Le dispositif peut être appliqué aux relais de surcharge, à maximum de courant, à minimum de courant, de puissance etc..., et de manière générale à tout relais o la mesure de l'amplitude du signal est nécessaire. Le filtrage du-signal peut être effectué en amont de l'in- terface et du convertisseur analogique numérique et dans ce casla valeur mdximale du signal émis par le convertis- seur analogique numérique intervient bien à l'instant T après le passage à zéro du signal. Si le circuit de transmission du signal au convertisseur analogique numérique comprend un composant, par exemple un filtre introduisant un déphasage du signal, ce composant étant absent dans le circuit vers l'interface il convient bien entendu de tenir compte de ce déphasage et effectuer la mesure de la valeur instantanée à l'instant T + retard apporté par le filtre. 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 un schéma synoptique du dispositif selon l'invention; les figures 2 et 3 montrent des courbes de signaux alterna- tifs -îapp1iques au dispositif selon la figure 1; la figure 4 est une vue partielle de la figure 1, illustrant une variante de réalisation. Sur les figures, un circuit triphasé 10, par exemple le ré- seau, est protégé par un disjoncteur 12 ayant un dispositif de commande de déclenchement 14 en cas de surcharge ou de défaut pour interrompre l'alimentation de la charge. A chaque conducteur du circuit 10 est associé un transforma- teur de courant 16, 18, 20 qui délivre un signal alternatif représentatif du courant parcourant le conducteur correspon- dant. Chaque signal alternatif est filtré dans un filtre passe bas 22, 24, 26 ne retenant que l'harmonique 1 et mis en forme dans un bloc 28, 30, 32, de manière à obtenir des créneaux carrés dont les changements d'état s'effectuent aux passages à zéro du signal. Les signaux carrés transitent par une interface 34 d'un microprocesseur 36 pour demander une interruption 35 au microprocesseur 36 à chaque passage à zéro de l'un des signaux. Le programme de traitement de cette interruption provoque une interrogation 40 de l'interface 34 pour savoir quelle est la voie analogique qui a demandé l'in- terruption, c'est-à-dire quel est le signal 16, 18, 20, qui vient de passer à zéro. Le microprocesseur 36 gère deux compteurs 42, 44 programmables, tous deux pilotés par une base de temps 46 de fréquence nettement supérieure à celle du réseau 10. Le contenu des compteurs 42, 44 est décrémenté à chaque coup de la base de temps 46. Les compteurs 42, 44 sont reliés en 50, 52 à un bus de données 48 du microproces- seur et peuvent demander par les liaisons 54, 56 une inter- ruption du microprocesseur 36. Le bus de données 48 est re- lié à la commande de déclenchement 14. Avant de compléter la description du dispositif selon la figure, il semble opportun de décrire le fonctionnement de l'ensemble susmentionné: A chaque passage à zéro de l'un des signaux alternatifs dé- livrés par les transformateurs 16, 18, 20, l'interface 34 provoque une interruption du microprocesseur 36, lequel in- terroge l'interface 34 et enregistre la voie ayant demandée l'interruption. Le microprocesseur lit la valeur du compteur 42. Au prochain passage.à zéro transmis par la même voie, le microprocesseur lit à nouveau la valeur du compteur 42 et effectue la soustraction des deux valeurs qui est une mesure du temps écoulé entre les deux passages successifs à zéro du signal permettant de calculer la fréquence du signal. Le dispositif permet une mesure des fréquences des différentes phases, mais il est clair que dans certaines applications le dispositif peut être simplifié et ne mesu- rer la fréquence que d'un seul signal. Le dispositif décrit peut constituer un relais de fréquence à minimum ou à maximum ou un relais de délestage fréquence- métrique. Le microprocesseur 36 peut être programmé pour lire le con- tenu du compteur 42 au passage à zéro de chacun des signaux alternatifs et pour soustraire la valeur lue du compteur au passage à zéro t1 (fig. 3) de l'un des signaux 51 à la va- leur lue du compteur au passage à zéro t2 d'un autre desdits signaux s2 pour déterminer le déphasage entre les deux signaux s1 et 52* Dans l'exemple illustré par la figure 1, le microprocesseur 36 mesurera le déphasage entre les cou- rants dans les différents conducteurs du circuit 10, mais on comprend que le déphasage mesuré peut correspondre à des valeurs différentes d'un même courant, par exemple la ten- sion et l'intensité. La figure 4 illustre schématiquement une telle variante dans laquelle l'un des signaux est four- ni par un transformateur de courant 58 et représente l'in- tensité du courant dans un circuit 60 et l'autre des signaux est fourni par un transformateur de potentiel 62 et repré- sente la tension dans le circuit 60. Le microprocesseur 36 mesure le déphasage entre les deux signaux de la manière décrite ci-dessus. En se reportant à nouveau à la figure 1, on voit que les sorties des filtres 22, 24, 26 sont reliées à un convertisseur analogique numérique 64 qui fournit une valeur binaire représentative de l'am- plitude du signal. Le convertisseur analogique numérique 64 permet une mesure de l'amplitude crête d'un signal. En se référant à la figure 2, on voit que l'amplitude crête d'un signal sinusoïdal est présente à l'instant X après le passage à zéro du signal, T étant la période du signal. Le dispositif selon l'invention détermine cette valeur crête de la manière suivante La période T peut être déterminée par la mesure de la fré- quence f = de la manière décrite ci-dessus. Si le circuit est le réseau la période T est connue et sa mesure peut être superflue. Au passage à zéro du signal l'interruption du microproces- seur 36 demandée par l'interface 34 provoque une charge T du compteur 44 avec une valeur binaire de 7j9tell e que le compteur 44 arrive à zéro par décrémentation à chaque coup de la base de temps 46, à l'instant 4. Lorsque le compteur 44 arrive à zéro il provoque une interruption du micropro- cesseur 36 qui lit la valeur instantanée du signal corres- pondant dans le convertisseur analogique numérique 64. Si le signal a été correctement filtré cette valeur correspond à la valeur crête et une comparaison à une valeur seuil pré- déterminéepermet la détection d'une surcharge ou d'un dé- faut et la commande de déclenchement du disjoncteur 12. On peut noter que le dispositif illustré par la figure 1 peut être simplifié lorsque seule l'amplitude crête du signal doit être mesurée. Inversement, le microprocesseur peut être agencé pour effectuer d'autres opérations, notam- ment de comptage sans sortir du cadre de l'invention, et il peut commander toute autre opération, notamment de signali- sation ou de fermeture d'un appareil. Le dispositif est suffisamment simple et compact pour une incorporation à des appareils de protection tels que des disjoncteurs basse tension ou moyenne tension. L'int,érêt du dispositif inventif est de peu solliciter le microprocesseur pour l'acquisition de la fréquence, des dé- ?5 phasages des amplitudes des voies alternatives, ces acquisi- tions intervenant pendant des interruptions. Le microproces- seur est ainsi disponihle pour effectuer des programmes de traitement de ces données et/ou effectuer d'autres pro- grammes. Revendications 1. Dispositif de protection pour un circuit d'alimentation (10) en courant alternatif comprenant un détecteur (16, 18, 20) associé au circuit d'alimentation pour émettre un sional alternatif représentatif du courant parcourant le circuit d'alimentation, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus une interface (34) de transfert dudit signal alterna- tif à un microprocesseur (36) pour provoquer une interrup- tion du microprocesseur au passage à zéro du signal, une base de temps (46), de fréquence notablement supérieure à celle du signal alternatif, pilotant le microprocesseur et un compteur programmable (42, 44) dont le contenu est décré- menté à chaque coup de la base de temps, le microprocesseur lisant le contenu dudit compteur lors du programme de trai- tement de ladite Interruption pour générer à partir des lec- tures du compteur (42, 44) une action de protection. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, en particulier relais de fréquence, caractérisé en ce que le microprocesseur (36) est agencé pour lire le contenu duJit compteur (42) à deux passages successifs à zéro dudit signal et pour soustraire les deux valeurs du compteur lues suc- cessivement pour déterminer le temps écoulé entre les deux passages successifs à zéro, caractéristique de la fréquence du signal. 3. Dispositif de protection selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins deux détecteurs (16, 18, 20; 58, 62), chacun émettant un signal alternatif représentatif d'une valeur du courant ou de la tension du circuit, caractérisé en ce que les deux signaux alternatifs sont appliqués à deux voies d'entrée de ladite interface (34) pour provoquer une interruption du microprocesseur (36) au passage à zéro de chaque signal alternatif, le microprocesseur interro- geant lors du programme de traitement de ladite interrup- tion l'interface (34) sur la voie recevant le signal pas- sant à zéro et lisant le contenu dudit compteur (42) pour déterminer le déphasage entre les deux signaux alternatifs. 4. Dispositif de protection selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur analo- gique numérique (64) convertissant ledit signal alternatif appliqué à l'entrée en un signal numérique représentatif de l'amplitude instantanée du signal alternatif, ledit signal numérique étant appliqué à l'entrée du microprocesseur (36) et que le compteur (44) provoque une interruption du micro- processeur et une lecture du convertisseur analogique numé- rique à un instant T après le passage à zéro du signal al- ternatif, T étant la période du signal alternatif pour mesu- rer l'amplitude maximale du signal alternatif. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un premier (42) et un-deuxiême (44) compteur chacun décrémenté à chaque coup de la base de temps, le con- tenu du premier compteur (42) étant lu par le microproces- seur (36) à chaque passage à zéro du signal alternatif pour déterminer la fréquence et/ou le déphasage du signal alter- natif, le deuxième compteur (44) étant chargé par le micro- processeur au passage à zéro du signal alternatif avec une valeur binaire de façon que le deuxième compteur arrive à zéro après le temps T et provoque une interruption de lec- ture du convertisseur analogique numérique (44) pour déter- miner l'amplitude maximale du signal alternatif. 6. Dispositif de protection selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre passe ba- (2^, 24, 2') et/ou de mise en forme du signal alternatif disposé avant ladite interface (34).