Brevet FR2504322A1 — publié le 19821022

On sait que dans de nombreuses installations certaines structures métalliques peuvent se trouver accidentellement mises sous tension, par exemple par la défaillance d'un isolateur, du fait de la rupture d'une couche isolante, en suite du déplacement intempestif d'un conducteur nu, etc Il y a alors danger d'électrocution pour les personnes susceptibles de venir en contact avec les structures en question En outre, il peut souvent apparaître des courants de fuite qui circulent dans le sol avec tous les inconvénients que cela comporte. On peut certes songer à éviter ces risques en reliant positivement la structure à un conducteur de masse ou terre à forte section, mais cette solution risque de créer des pertes de courant permanentes absolu- ment indésirables. Conformément à l'invention l'on évite les inconvénients qui précèdent en disposant entre la structure métallique et la masse ou terre un détecteur de tension qui, lorsqu'il décèle une différence de potentiel supérieure à un seuil de sécurité, ferme le circuit d'un dispositif d'actionnement branché entre la structure et la terre, ce dispositif comportant des moyens propres à déclencher à la fermeture un interrupteur ou 'courtcircuiteur", normalement ouvert, également interposé entre la structure et la terre. On comprend que si le seuil du détecteur a été convenablement choisi, les faibles différences de potentiel qui peuvent éventuellement apparaître entre la structure et la terre ne déclenchent pas le fonc - tionnement du dispositif et du court circuiteur, mais qu'au contraire dès que ces différences atteignent une valeur dangereuse, celui-ci se ferme, de sorte que la structure est positivement mise à la terre et ne comporte plus aucun risque d'électrocution Certes on se trouve alors dans une situation anormale, mais il est possible d'associer au système un circuit de signalisation grâce auquel les choses peuvent être rapidement remises en état. Dans une forme d'exécution préférée, le dispositif d'actionnement est constitué par une cartouche à fusibles pourvue d'un bouton indicateur ou "percuteur", lequel agit sur le court-circuiteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'on prévoit en outre entre la structure et la terre un éclateur agencé de façon à fonctionner sous une différence de potentiel supérieure au seuil du détecteur, mais cependant encore assez faible pour ne pas entraîner un risque d'électrocution instantané Avec une telle disposition, si la structure métallique est brusquement mise à un potentiel élevé, l'éclateur fonctionne instantanément et abaisse considérablement ce potentiel pendant le temps très court, mais cependant non absolument négligeable, nécessaire à la fermeture du court-circuiteur. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer: Fig 1 est une vue schématique montrant une forme d'exécution de l'invention, les pièces étant représentées à la position normale de repos. Fig 2 est une coupe de détail suivant Il-II (fig 1). Fig 3 reproduit en partie fig 1, mais en montrant les pièces après fermeture du court-circuiteur de mise à la masse. Fig 4 et 5 sont des vues partielles représentant une variante de réalisation du court-circuiteur, respectivement à la position normale d'ouverture et à celle de fermeture après fonctionnement de la cartouche à fusibles. En fig 1 l'on a schématisé en 1 la structure métallique à laquelle le système de sécurité doit être associé On peut supposer par exemple qu'il s'agit d'un poteau supportant le conducteur de contact d'une voie de chemin de fer électrique Un conducteur 2 relie cette structure à l'entrée 3 a d'un détecteur 3 de différence de potentiel (détecteur voltmétrique) dont la sortie 3 b est reliée par un conducteur 4 à l'une des têtes d'une cartouche à fusibles 5, l'autre tête 5 b étant reliée à la masse ou terre 6 par un conducteur 7 Dans le cas précité d'une voie de chemin de fer électrique, cette masse 6 est avantageusement constituée par les rails de la voie; dans d'autres cas ce peut être une prise de terre soigneusement établie. A l'intérieur du détecteur 3 l'entrée 3 a et la sortie 3 b sont reliées par un circuit 8 sur lequel est interposé un thyristor 9 De 4 30 l'entrée 3 a part encore un autre circuit 10 qui renferme une diode 11 et une diac 12 propre à jouer le rôle d'élement à seuil de conduction; ce second circuit 10 aboutit à la gâchette du thyristor 9. La cartouche 4 comporte ce qu'on appelle un percuteur, c'est à dire un bouton 13, normalement effacé à son intérieur, mais qui vient dépasser quand elle a fonctionné Dans l'exemple représenté on a supposé que ce percuteur était axial, mais il pourrait comporter une autre disposition, notamment être monté latéralement sur le corps de la cartouche De toute façon cette dernière est disposée de manière que son percuteur 13 puisse venir agir sur la tige 14 d'un interrupteur ou court-circuiteur 15, normalement ouvert, que des conducteurs à forte section 16 et 17 relient d'une part à la structure 1, d'autre part à la masse 6 Dans la forme d'exécution de fig 1 ce court-circuiteur comprend un cône 18, monté sur la tige 14 et propre à venir court-circuiter deux contacts fixes 19, 20 (fig 2) auxquels aboutissent les conducteurs 16 et 17 précités Comme montré, ces contacts fixes représentent chacun la moitié d'un logement propre à recevoir le cône 18 en lui assurant une grande surface de portée La tige 14 se prolonge au-delà des contacts 19, 20; elle traverse un bloc isolant 21 propre à former support des contacts précités, puis elle vient porter une courte traverse 22 dont les extrémités sont articulées en 23 et 24 à deux dispositfs 25, 26 à ressort de compression, eux-mêmes articulés en 27 et 28 à la partie fixe de l'appareil On comprend que chaque dispositif 25, 26 comprend une tige sur laquelle est monté une sorte de piston propre à se déplacer dans un cylindre renfermant le ressort On conçoit en outre que les deux dispositifs constituent avec la traverse 22 un mécanisme à passage du point mort d'équilibre instable Les choses sont réglées de façon qu'à la position de repos de fig 1, le cône 18 étant dégagé des contacts 19, , le mécanisme en question soit juste en avant de ladite position d'équilibre instable, ce cône 18 tendant donc à se déplacer vers la droite et butant ainsi contre une traverse d'arrêt 29, qui constitue simultanément guide de la tige 14. Le détecteur 3 renferme encore un &clateur 30 interposé sur un circuit 31 qui, partant de l'entrée 3 a, aboutit à une seconde sortie 3 c qu'un conducteur 32 relie à la masse 6 Cet éclateur est établi pour s'amorcer sous une différence de potentiel supérieure au seuil de conduction de la diac 12, mais cependant assez modérée et ne comportant pas de risque d'électrocution instantanée Par exemple, si le seuil précité est de 30 volts, la tension d'amorçage de l'6 clateur 30 peut lm être de l'ordre de 80 à 90 volts Dans la pratique cet éclateur peut être réalisé sous la forme d'une ampoule renfermant un gaz approprié sous une pression déterminée. Le fonctionnement est le suivant Dans les conditions normales, las différences de potentiel ou tensions susceptibles d'apparaître entre la structure 1 et la masse 6 sont très faibles et n'atteignent pas le seuil de conduction de la diac 12 On notera d'ailleurs que si ces tensions sont des ondes d'induction alternatives, la diode 11 les bloque dans un sens en ne les laissant passer que dans le sens correspondant à une mise sous tension intem- pestive de la structure Cela correspond notamment au cas d'une ligne de chemin de fer électrifiée en courant continu. Quoi qu'il en soit, la gâchette du thyristor 9 ne reçoit aucun signal, le thyristor lui-même est donc bloqué et la cartouche 4 n'est traversée par aucun courant. Dès que la différence de potentiel entre la structure 1 et la masse ou terre 6 dépasse le seuil de la diac 12, il y a conduction, la gâchette du thyristor 9 déclenche et celui-ci conduit S'il y a réellement mise sous tension de la structure, et non pas onde induite passagère, le courant qui traverse la cartouche 5 est suffisant pour faire sauter celleci, le percuteur 13 avance vers la gauche et il vient frapper la tige 14 qu'il déplace dans une mesure très faible, mais suffisante pour passer le point mort du mécanisme d'équilibre instable 25-26 La tige 14 est alors fortement sollicitée vers la gauche et le cône 18 vient s'engager à force entre les deux contacts 18, 19 Le court-circuiteur passe donc à la position fermée de fig 3 de sorte que la structure 1 se trouve mise à la masse à travers des conducteurs de forte section, ce qui élimine tout risque d'électrocution à son contact et court-circuite tous les courants éventuels de fuite par le sol Bien entendu, cette mise à la masse positive de la structure peut éventuellement entraîner une surintensité sur la ligne intéressée et faire déclencher un disjonc- teur De toute manière elle reste assurée aussi longtemps que la cartou- che 5 n'a pas été changée et que le court-circuiteur 15 n'a pas été ramené à la position d'ouverture (en admettant bien entendu que le défaut qui a provoqué la mise sous tension de la structure 1 ait été éliminé). Entre l'instant o le potentiel de la structure 1 par rapport à la masse atteint le seuil de conduction du détecteur 3 et celui o le court- circuiteur 15 est fermé, il s'écoule obligatoirement un temps très court, mais néanmoins appréciable (quelques millisecondes par exemple). Si le potentiel appliqué à la structure est élevé (par exemple 1 500 volts dans le cas d'une ligne de chemin de fer électrique), cela pourrait être suffisant pour électrocuter une personne se trouvant alors en contact avec la structure Ce danger est évité par l'éclateur 30 qui pendant ce très court instant assure un parcours de décharge empêchant le potentiel de la structure de s'élever au-dessus de sa tension d'amor- çage Même si cette tension est de l'ordre d'une centaine de volts, elle n'est pas suffisante pour provoquer un phénomène d'électrocution dans un temps aussi court. a 504322 L'on peut bien entendu imaginer d'associer à l'appareil un circuit de signalisation optique, acoustique ou autre, permettant d'alerter aussitôt le personnel d'entretien pour qu'il remédie au défaut qui a provoqué la mise sous tension de la structure. Dans la forme d'exécution de fig 1 à 3, le percuteur 13 doit excercer sur la tige 14 du court-circuiteur 15 une poussée suffisante pour la déplacer quelque peu à l'encontre des forces de frottement, lesquelles sont relativement élevées, puisque alors la réaction des ressorts est à son maximum On peut certes prévoir des articulations à billes, à aiguilles ou à couteaux pour réduire ces efforts, mais cela complique la construction Fig 4 et 5 indiquent une variante qui évite cet inconvénient On retrouve ici la tige 14 portant le cône 18 propre à coopérer avec les contacts fixes tels que 19 On retrouve également le mécanisme articulé avec les deux dispositifs à ressort 25, 26, qui sont ici disposés entre le cône 18 et la cartouche à fusibles 5, et non plus au-delà du court circuiteur, ce qui ne constitue qu'une différence constructive sans importance Mais les choses sont réglées de manière qu'à la position de repos (courtcircuiteur ouvert), le mécanisme 25-26 ait déjà dépassé sa position d'équilibre instable dans le sens de déplacement vers la gauche (sens de fermeture du court-circuiteur). Le court -circuiteur 15 tend donc à se fermer sous l'effet des ressorts mais sa tige 14 comporte en bout une dent 14 a qui est normalement retenue par l'extrémité crochue 33 a d'un levier 33 articulé en 34 au bâti de l'appareil La cartouche 5 est disposée de manière que son percuteur 13 vienne agir sur ce levier pour dégager l'extrémité 33 a de la dent 14 a. Dans ces conditons, au repos le court-circuiteur 15 est maintenu à la position d'ouverture par le levier 33 (fig 4), mais aussitôt que le percuteur 13 sort de la cartouche, ce levier tourne en dégageant la dent 14 a, ce qui permet à au court-circuiteur 15 de se fermer sous l'effet des dispositifs à ressort 25, 26 (fig 5) Grâce à la présence de la retenue par la dent 14 a et à la démultiplication d'effort que peut réaliser le levier 33, la force nécessaire au déclenchement peut être très réduite, ce qui augmente la fiabilité de l'appareil et dispense de l'obligation d'associer au percuteur un ressort particulièrement fort. Dans la pratique on peut avoir avantage à combiner le détecteur 3 avec la cartouche 5 de manière à réaliser un ensemble unique interchan- geable, l'expérience montrant que lorsque le système a fonctionné il convient de remplacer non seulement la cartouche, mais également le détecteur qui a pu souffrir de la surintensité momentanée à laquelle il a été soumis Mais cette combinaison peut en outre présenter un avantage technique particulier si l'on a soin de disposer l'éclateur 30 au voisinage immédiat du ou d'un fusible, ou mieux, du point faible de ce fusible On sait en effet qu'on utilise fréquemment dans les cartouches un ruban fusible sur lequel on fait apparaître un point de moindre section par une perforation, un étranglement ou analogue, de manière à localiser le début de fusion Si l'éclateur se trouve au voisinage immédiat de ce point, il reçoit les gaz ionisés dès le début du fontionne- ment de la cartouche et son amorçage peur alors s'effectuer sous une tension nettement réduite Il est ainsi possible de le réaliser simple- ment sous la forme de deux électrodes très rapprochées, sans ampoule à gaz sous pression réduite, tout en étant assuré que la tension d'amorçage sera assez faible pour éviter tout danger d'électrocution immédiate. Bien entendu pour obtenir le résultat technique précité il suffit de combiner à la cartouche l'éclateur seul, le reste du détecteur pouvant rester à part. On peut notamment a cet égard prévoir à l'intérieur de la cartouche une petite chambre à l'intérieur de laquelle se trouvent à la fois le point ou zone affaiblie du fusible et l'éclateur, cette chambre étant délimitée par des parois la séparant de la masse de remplissage de matière d'extinction d'arc généralement prévue dans les cartouches. Par ailleurs, bien que la cartouche à fusibles avec percuteur semble constituer le dispositif d'actionnement qu'il convient de préférer pour la mise en oeuvre de l'invention, on pourrait en certains cas lui en préférer un autre, tel par exemple qu'un électro-aimant dont l'armature mobile viendrait agir sur le court-circuiteur Si pour fixer les idées on se réfère à fig 4 et 5, on peut aisément imaginer un tel électro- ai ant disposé de manière à agir sur levier 33 dans le sens correspondant au déclenchement du court-circuiteur. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. R E V E N D I C A T I O N S 1 Système de sécurité à l'encontre de la mise sous tension de structures métalliques, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de tension ( 3) qui lorsque la différence de potentiel entre la structure ( 1) et la terre ( 6), dépasse un seuil déterminé, ferme le circuit d'un dispositif d'actionnement ( 5) interposé entre la structure et la terre, ce dispositif comportant des moyens ( 13) qui, lorsqu'il a fonctionné, déclenche à la fermeture un interrupteur ou court-circuiteur ( 15), normalement ouvert, également interpose entre la structure ( 1) et la terre ( 6). 2 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'actionnement est constitué par une cartouche à fusibles( 15) équipée d'un percuteur ( 13) qui représente les moyens de déclenchement du court circuiteur ( 15). 3 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un éclateur ( 30) interposé entre la structure ( 1) et la terre ( 6) et qui est établi pour s'amorcer à une tension supérieure au seuil du détecteur ( 3), mais pour laquelle il n'y a pas encore danger d'électrocution immédiate pour une personne soumise à celle-ci. 4 Système suivant l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'éclateur ( 30) est combiné avec la cartouche ( 5) de façon telle qu'il se trouve au voisinage immédiat de la zone du fusible o s'amorce l'arc de rupture. Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le détecteur ( 3) comprend un élément semiconducteur ( 12) à seuil de conduction et un thyristor ( 9) commandé par le signal provenant de cet él Tment ( 12). 6 Système suivant la revendication 5, applicable au cas de struc- tures susceptibles d'âtre intempestivement reliées à une ligne à courant continu, caractérisé en ce que le détecteur ( 3) comprend une diode ( 11) en série avec l'élément à seuil de conduction ( 12) pour éliminer l'influence d'ondes induites éventuelles. 7 Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le court-cirucuiteur ( 15) comprend un contact mobile ( 18) associé à un mécanisme ( 25-26) à passage du point d'équilibre instable, et en ce qu'à la position normale d'ouverture ce mécanisme ( 25-26) se trouve immédiatement en avant de ce point, de manière qu'il suffise d'une légère poussée pour le déclencher à la fermeture. 8 Système suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contact mobile ( 18) du court-circuiteur ( 15) est normalement sollicité à la fermeture, mais est retenu en position d'ouverture par un système de cliquet ( 14 a, 33 a) sur lequel viennent agir les moyens ( 13) associés au dispositif d'actionnement.