Brevet FR2538177A1 — publié le 19840622

INSTALLATION A BASSE TENSION DE DISTRIBUTION ELECTRIQUE AUTONATISEE L'invention est relative à une installation de distribution électrique automatisée à basse tension ayant plusieurs départs en dérivation alimentés par une arrivée commune d'un réseau alternatif, comportant un appareil général DG de protection et de commande agencé à l'étage amont, et un conducteur de répartition, chaque départ de i'étage aval étant protégé par un appareil divisionnaire d'interruption et comprenant - un mécanisme d'ouverture et de fermeture pour isoler ou alimenter le départ associe, - un relais de commande coopérant avec le mécanisme, - et au moins un capteur de courant agencé à la sortie de l'appareil divisionnaire pour détecter un défaut sur le départ correspondant. Une telle installation est conçue pour remplir les fonctions usuelles de protection des départs contre les courtscircuits et les surcharges en assurant éventuellement une sélectivité de déclenchement. Il est de plus en plus nécessaire d'économiser l'énergie électrique en prévoyant en plus des fonctions de protection des fonctions supplémentaires de commande spécifique susceptibles d'automatiser la distribution de l'électricité. Ces fonctions supplémentaires consistent à assurer la mise en marche et l'arrêt de certains récepteurs alimentés par les différents départs, notamment des appareils d'éclairage, de chauffage ou de moteurs en fonction des périodes horaires ou hebdomadaires, de l'éclairement naturel, de la température ou d'autres facteurs ou paramètres I1 a déjà été proposé de réaliser une telle automatisation en combinant des appareils extérieurs de mesure, notamment des programmateurs oraires, interrupteurs crépusculaires, thermostats avec de l'appareillage électrique approprié, comprenant par exemple des contacteurs, des télérupteurs, des fusibles, des disjoncteurs, des relais de délestage etc..La mise en oeuvre de ce type d'automatisation est complexe, car les fonctions de protection et les fonctions de commande sont réalisées par des appareils distincts. Le nombre d'appareils électriques utilisés est important, et le câblage interne compliqué nécessite une étude préalable de l'installation. Le cout d'une telle installation devient alors prohibitif. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de réaliser une installation fiable et simple de gestion automatique e la distribution d'électricité, applicable à la plupart des installations terminales ou domestiques pour un coût réduit, L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que l'appareil général est doté d'un déclencheur électromagnétique à action instantanée, et qu'une unité de traitement élctronique centralise-les informations en prove- nance des capteurs de courant et d'organes de commande extérieurs pour délivrer après traitement un ordre d'intervention au relais de commande de l'appareil divisionnaire prédéterminé, cet ordre étant soit un signal de déclenchement après apparition d'un défaut détecté par le capteur correspondant, soit un signal de commande à distance piloté par les organes extérieurs pour l'ouverture ou la fermeture dudit départ, l'ensemble étant agencé pour assurer une coordination entre les fonctions de protection et de commande, la protection contre les courts-circuits étant assuré par le seul appareil général de l'étage amont, les protections complémentaires contre surcharges, courant différentiel résiduel et autres étant pris en compte par les appareils divisionnaires de l'étage aval, commandés à la fois par les circuits électroniques internes et les organes de commande extérieurs. La présence d'une unité de traitement centralisée commandée à la fois par les circuits internes (capteurs de courant, contacts de signalisation...) et les organes de com- mande extérieurs (programmateurs, thermostats, boutons poussoirs, etc. .) permet d'utiliser les mêmes appareils divisionnaires pour assurer les fonctions de protection et de commande à distance. Les appareils divisionnaires sont formés avantageusement par des interrupteurs commandés par les relais 26 associés, l'excitation de chaque relais 26 résultant soit d'un ordre d'ouverture sur défaut, soit d'un ordre de commande à distance, soit encore d'un ordre de refermeture automatique. Un microprocesseur est avantageusement intégré dans l'unité de traitement pour remplir l'ensemble des fonctions et leur coordination. Le réglage de calibre de chaque départ s'opère par ajustement du seuil de déclenchement surcharges de l'interrupteur divisionnaire correspondant. Tous les autres réglages (seuil de déclenchement différentiel, temporisation etc...) s'effectuent également au niveau de l'unité de traitement centralisée. L'appareil général DG de l'étage amont est formé par un disjoncteur comprenant un mécanisme d'ouverture et de fermeture coopérant avec le déclencheur électromagnétique et un relais de commande raccordé à l'une des sorties internes. grès ouverture instantanée du disjoncteur suite à un court-circuit, l'unité de traitement est progr-ammée pour commander l'ouverture retardée de l'appareil dtvisionnaire correspondant au circuit en défaut, suivie de la refermeture automatique du disjoncteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil général DG, les appareils divisionnaires et l'unité de traitement électronique sont incorporés dans un meme bloc fonctionnel précâblé de distribution terminale ou domes tique comprenant des bornes de départs vers les utilisa tions, des bornes de connexion des organes de commande extérieurs, et un jeu de barres en liaison avec des bornes d'arrivée et agencé pour autoriser l'assemblage modulaire du bloc avec d'autres blocs identiques, de manière à augmenter le nombre de départs désservis à partir d'une meme arrivée de courant. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront 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 au dessin annexé, dans lequel la figure 1 montre un schéma monophasé fonctionnel d'une installation de distribution automatisée selon l'invention; la figure 2 représente une vue schématique d'un tableau de distribution selon le schéma de la fig. 1, et limité à six départs; la figure 3 est une vue de profil de la fig. 2. En référence à la figure 1, un tableau d'abonné ou de distribution 10 d'une installation électrique basse tension comporte un appareil général DG de protection et de com mande, alimenté par un réseau de distribution à courant alternatif. Le circuit de l'installation est monophasé avec un conducteur de phase L et un conducteur de neutre N, mais il est évident que l'invention s'applique à un circuit triphasé avec ou sans distribution de neutre. La borne de sortie de phase de l'appareil général DG est conectée par un conducteur 12 de liaison à l'étage aval comprenant une pluralité de départs 1, 2 ...i, n en dérivation, équipés chacun d'un appareil divisionnaire de départ, D1, D2 .. Dn La borne d'entrée de chaque appareil divisionnaire D1 à Dn est branchée à un conducteur de répartition 16 alimenté par le conducteur de liaison 12. La borne de sortie de chaque appareil divisionnaires D1 à Dn est susceptible de recevoir un câble 17 de départ pour la connexion d'un ou de plusieurs récepteurs. La borne de sortie du neutre de l'appareil général DG est branchée à une barrette de raccordement (non représentée) du neutre, à laquelle sont raccordés des conducteurs de neutre (non représentés) correspondant aux câbles de départs. L'appareil général DG est bipolaire, l'un des pôles servant à la coupure de la phase, et l'autre à celle du neutre.Tous les appareils divisionnaires D1 à Dn sont des modules unipolaires sans coupure du neutre, mais il est également possible selon une variante de prévoir des appareils divisionnaires bipolaires a coupure combinée de la phase et du neutre. L'appareil général DG de commande et de protection peut être assimilé à un disjoncteur équipé d'une commande à distance à relais 18 d'ouverture et de fermeture coopérant avec le mécanisme pour l'actionnement des contacts 20 mobiles entre les positions ouvert et fermé. Un déclencheur électromagnétique 22 à action instantanée assure la protection contre les courants de court-circuit en provoquant le déclenchement rapide du disjoncteur lorsque l'intensité du courant de ligne dépasse le seuil de déclenchement instantané, fixé par exemple à 10 In, In étant l'intensité du courant nominal correspondant à la puissance souscrite dans le cas d'un tableau d'abonné.L'appareil DG comporte de plus un système de contacts auxiliaires 24 destinés à signaler les positions ouvert et fermé des contacts 20, et l'état armé ou déclenché du mécanisme. Une commande locale à manette est associée au mécanisme de l'appareil DG pour assurer la commande manuelle de fermeture et d'ouverture, ainsi que le réarmement du mécanisme après détlenchement sur défaut. Chaque appareil divisionnaire D1 à Dn est constitué par un interrupteur ou un disjoncteur télécommandé dont le mécanisme comporte un relais de commande 26 susceptible d'effectuer un nombre élevé de manoeuvre de fermeture et d'ouverture. A l'aval de chaque interrupteur, est disposé un capteur de courant C1 à Cn destiné à mesurer l'intensité du courant traversant le départ correspondant.Chaque appa reil divisionnaire D1 à D présente une tenue électrodyna n nique pour éviter toute répulsion des contacts lors d'un court-circuit limité ou coupé par l'appareil général DG, Un dispositif de signalisation (non représenté) de la position ouvert ou fermé peut hêtre intégré dans chaque appareil divisionnaire D1 à D n Les capteurs de courant C1 à Cn peuvent être de type magnétique, notamment des transformateurs d'intensité à noyau magnétique de forme torique traversé par le câble 17 du départ 1 à n correspondant, et à enroulement secondaire de mesure du courant.Des capteurs additionnels (non représentés) peuvent être associés à chaque départ selon les besoins de protection, notamment un capteur de présence de tension, un capteur homopolaire d'un déclencheur differen- tiel résiduel, un détecteur de mise à la terre du neutre... Les appareils divisionnaires D1 à Dn sont dépourvus de tout déclencheur thermique et électromagnétique. Une unité de traitement 28 électronique à microprocesseur est susceptible de commander l'ouverture et la fermeture de l'appareil général DG et des appareils divisionnaires D1 à Dn, en fonction du programme choisi et des différents signaux délivrés par l'ensemble des capteurs et par des organes 32 de commande extérieure L'unité électronique 28 est concue pour permettre une programmation, ou peut être réliée à un dispositif du type automate programmable. L'unité 28 comporte - une première série d'entrées internes Ei auxquelles sont raccordés par des conducteurs de liaison 30, les enroulements secondaires des capteurs de courant C1 à C n et les capteurs additionnels (présence de tension, protection différentielle, neutre à la terre), des différents départs 1 à n, ainsi que les contacts auxiliaires 24 de signalisation à distance de l'état de l'appareil général DG et les contacts auxiliaires éventuels des appareils divisionnaires D1 à ào;; - une deuxième série d'entrées externes E EëXt pour le rac- cordement d'organes 32 de commande extériure,-notamment des thermostats, interrupteurs crépusculaires, programmateurs ou séquenceurs électromécaniques et boutons poussoirs manuels susceptibles d'assurer la commande à distance des appareils divisionnaires D1 à Dn des différents départs 1 à n; - des sorties Si internes pour la connexion de conducteurs 34 d'alimentation des relais 18, 26 de commande de l'appareil général DG et des appareils divisionnaires Ds à Dn; - un interface "utilisateur" destiné à l'établissement, au contrôle et aux modifications du programme, et à la visualisation des données nécessaires à l'exploitation locale;; - et un interface "système général" pour l'interconnexion de l'unité de traitement 28 à un ordinateur général ou à ur système de pilotage à distance. L'unité électronique 28 centralise les données en provenance des capteurs, des dispositifs de signalisation à contacts auxiliaires, et des organes 32 de commande extérieure, et délivre après traitement un signal de commande destiné à l'un des relais 18, 26.Le traitement dépend du programme affiché dans l'unité 28, et le signal de commandè à l'une des sorties S. interne est soit un ordre d'ouverture sur défaut, soit un ordre de commande à distance d'ouverture et de fermeture, soit un ordre retardé de refermeture après ouverture sur défaut0 Le réglage de calibres de différents départs 1 à n est intégré dans l'unité 28 pour ajuster le seuil de déclenchement surcharge db chaque appa- reil divisionnaire D1 à Dn. L'unité 28 peut comporter également des moyens de réglage du seuil de déclenchement différentiel de la protection de défaut à la terre de chaque départ. La protection contre les co-urt-circuits est assurée par l'intervention instantanée du déclencheur électromagnétique 22 de l'appareil général DG. Le pouvoir de coupure des appareils divisionnaires D1 à Dn peut entre faible. L'unité 28 de traitement peut provoquer ultérieurement l'ouverture de l'appareil divisionnaire protégeant le départ en défaut, puis la refermeture automatique de l'appareil général DG. Les fonctions de protection sur défaut et de commande à distance sont mises en oeuvre de façon coordonnée sens duplication d'organes, la protection contre les court-cir- cuits étant assurée par l'appareil général DG de tête, et les protections complémentaires (surcharges, courant différentiel résiduel, surtension et autres) étant prises en compte par les appareils divisionnaires D1 à Dn commandés à la fois par les capteurs des circuits électroniques internes et les organes 32 de commande extérieurs. Le fonctionnement du tableau de distribution 10 de la figure 1 est le suivant Commande manuelle et à distance L'ensemble étant raccordé sous tension, le disjoncteur général DG étant armé et fermé, ltouverture et la fermeture de chaque départ 1 à n est obtenu soit par commande locale, soit par commande à distance pilotée par les organes de commande extérieure 32, coopérant avec l'unité de traitement 28. Cette dernière transforme l'information extérieure en ordre d'ouverture ou de fermeture d'un appareil divisionnaire prédéterminé, par alimentation du relais 26 associé. Protection surcharges En cas de surcharge sur le départ i, détectée bar le cap- teur de courant Ci, l'unité de traitement 28 enregistre le dépassement du calibre correspondant au seuil de déclenchement et envoie un ordre d'ouverture au relais 26 de l'appa- reil divisionnaire Di;; Ce dernier reste ouvert et 1'unité 28 interdit sa refermeture automatique pendant un temps donne Protection court-circuits En présence dun court-cireuit sur le départ 2, le disjonc- teur DG déclenche de façon réflexe et limite à une faible valeur l'énergie dissipée dans le circuit en défaut L'unité de traitement 22 délivre avec un faible retard un ordre d'ouverture au relais 26 de l'appareil divisionnaire D2 correspondant au circuit en défaut Les moyens de programmation de l'unité de traitement 28 électronique permettent de commander la refermeture immédiate du disjoncteur DG de tête tout en interdisant celle de l'appareil divisionnaire D2 On assure ainsi de façon optimale la continuité de service sur les circuits non défectueux De plus, comme la plupart des court-circuits sont d'origine fugitive, il est possible, lorsque la continuité de service est très importante, de programmer un essai de refermeture de l'appareil divisionnaire D2 avant sa condamnation définitive. Protection differentielle En cas de défaut à la terre sur le départ 1, détecté par le capteur homopolaire associé, l'unité de traitement 28 contrôle le dépassement du seuil de déclenchement différents tiel et envoie un ordre d'ouverture au relais 26 de l'ap pareil D1. On remarque que la centralisation et le traitement des informations internes et externes dans l'unité 28 permettent pour chaque départ 1 à n de transmettre indifféremment l'ordre d'ouverture sur défaut, l'ordre de refermeture après défaut et l'ordre de commande à distance, par le ou les mêmes conducteurs 34 de sorties Si et d'utiliser le même relais 26 de l'appareil divisionnaire D1 à Dn correspondant. Les figures 2 et 3 illustrent un mode de réalisation de l'invention, équipé d'une unité de traitement 28 simplifiée, destinée à assurer les protections les plus courantes, notamment contre les court-circuits et les surcharges, chacun des six départs étant manoeuvré à distance par un organe de commande extérieur 32. Cette version simplifiée de l'invention est particulièrement aåaptée aux circuits d'éclairage et de chauffage des bâtiments, et est agencé sous la forme d'un bloc fonctionnel de distribution 38 d'encombrement réduit et précâblé en usine. Le bloc de distribution 38 à six départs 1 à 6 comporte un coffret 40 isolant renfermant l'appareil général DG et l'ensemble des appareils divisionnaires D1 à D6.La face avant du coffret est doté d!une pluralité d'ouvertures 42 pour le passage des manettes de commande locale La manette 44 principale assure la commande manuelle de fermeture et d'ouverture de l'appareil général DC, ainsi que le rearînement de ce dernier après déclenchement sur défaut. A l'appareil général DG sont associés deux témoins 46, 48 de présence de tension et de signalisation de déclenchement sur défaut Les manettes 50 servent de commande locale et d'indication de la position des contacts des appareils divisionnaires D1 à D6 (position ouvert représentée par 0, et position fermé par I). Des fenêtres 52 de visualisation du réglage de calibre des six départs sont prévues sous les manettes 50 des appareils divisionnaires D1 à D6 correspondants.Les différents calibres 10A, 15A, 20A et 32A indiquent le seuil de déclenchement de chaque départ lors dé l'apparition d'une surcharge. Un cache borne 54 supérieur protège le raccordement du bloc de distribution 38 à la source de courant laquelle est constituée par le réseau de distribution dont les con ducteurs L et N sont connectées à des bornes d'arrivée 56a, 58a. Un jeu de barres 60, 62 conductrices s'étend horizontalement sous le cache borne 54 pour assurer la liaison des bornes d'arrivée 56a, 58a avec des bornesrauxiliaires opposées 56b, 58b. L'agencement des paires de bornes 56a, 58a; 56b, 58b aux extrémités opposées des barres 60, 62 autorise l'assemblage latéral modulaire du bloc 38 avec d'autres blocs identiques pour augmenter le nombre de départs désservis à partir d'une meme arrivée de courant. Un cache borne 64 inférieur recouvre les bornes de départs 66 phase et neutre vers les utilisations Les organes 32 de commande à distance (thermostats, séquenceurs, boutons poussoirs, etc...) sont connectés à des bornes d'entrée 68 en liaison électrique avec la deuxième série d'entrées externes E ext de l'unité de traitement 28. Le bloc de distri bution 38 est doté G Xun socle de fixation 70 susceptibles d'être encliqueté sur un rail suppcrt. La fixation du bloc 38 peut également s' effectuer par vis sur une surface d'appui plane, notamment un mur ou une platine support. Le bloc de distribution 38 est entièremeht précâble en usine et comporte les connexions internes suivantes - conducteurs principaux entre le jeu de barres 60, 62' et l'appareil général DG; - conducteur de répartition 16 relié à l'appareil DG par le conducteur de liaison 12; - capteurs de courants C1 à C6 branchés à l'unité de traite ment 28 par les conducteurs 30; - conducteurs 34 agencés entre l'unité 28 centralisée,et les relais 18, 26 des appareils général DG et division naires D1 à D6. La mise en service du bloc de distribution 38 par l'installateur nécessite un simple raccordement des câbles 17 de départs 1 à 6 aux bornes 66, des organes 32 de commande extérieure aux bornes 68 et des conducteurs L et N d'alimentation aux bornes d'arrivée 56a, 58a Le choix d'un départ dépend du calibre affiché dans les fenêtres de visualisation 52 L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et repré- senté au dessin annexé, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équlvalences électrotechniques. REVENDICATIONS 1. Installation de distribution électrique automatisée à basse tension ayant plusieurs départs (1 à n) en dérivation alimentés par une arrivée commune d'un réseau alternatif, comportant un appareil général (DG) de protection et de commande agencé à l'étage amont, et un conducteur de répartition 16, chaque départ de l'étage aval étant protégé par un appareil divisionnaire (D1 à Dn) d'interruption comprenant :: - un mécanisme d'ouverture et de fermeture pour isoler ou alimenter le départ associé, - un relais de commande (26) coopérant avec le mécanisme, - et au moins un capteur de courant agencé à la sortie de l'appareil divisionnaire (D1 à onb pour détecter un défaut sur le départ correspondant, caractérisée par le fait que l'appareil général (DG) est doté d'un déclencheur électromagnétique (22) à action instantanée, et qu'une unité de traitement (28) électronique centralise les informations en provenance des capteurs de courant et d'organes (32) de commande extérieurs pour délivrer après traitement un ordre d'intervention au relaies (26) de commande de l'appareil divisionnaire (D1 à Dn) d'un départ prédéterminé, cet ordre étant soit un signal de déclenchement après apparition d'un défaut détecté par le capteur correspondant, soit un signal de commande à distance piloté par les organes (32) extérieurs pour l'ouverture ou la fermeture dudit départ, l'ensemble étant agencé pour assurer une coordination entre les fonctions de protection et de commande, la protection contre les courtcircuits étant assuré par le seul appareil général (DG) de l'étage amont, les protections complémentaires contre les surcharges, courant différentiel résiduel et autres étant pris en compte par les appareils divisionnaires (D1 à Dm) de l'étage aval, commandés à la fois par les circuits électroniques internes et les organes (32) de commande extérieurs. 2. Installation de distributicn électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l unité de traitement (28) comporte des moyens de réglage des calibres sur chaque départ (1 à n) par ajustement du seuil de déclenchement surcharges des appareils divisionnaires (-D1 a Dn) correspondants. 3. Installation de distribution électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'unité de traitement (28) comprend une première série d'entrées (E.) internes pour le raccordement des capteurs et de contacts auxiliaires de signalisation de l'état de l'appareil général (DG) et éventuellement des appareils divisionnaires (D1 à Dn), une deuxième série d'entrées (Eext?externes pour ext la connexion des organes (32) de commande extérieurs, et une pluralité de sorties (Si) internes pour le raccordement des relais de commande (26) des différents appareils divi sionnaircs (D1 à Dn). 4. Installation de distribution électrique selon la reven dicaticn 3, caractérisée par le fait que l'appareil général (DG) de l'étage amont est formé par un disjoncteur comprenant un mécanisme d'ouverture et de fermeture coopérant avec le déclencheur électrcmagnétque (22) et un relais'de commande (18) raccordé à l'une -des sorties (Si) internes, et qu'après ouverture instantanée du disjoncteur suite à un court-circuit, l'unité de traitement (28) est programmée pour commander l'ouverture retardée de l'appareil divisionnaire correspondant au circuit en défaut, suivie de la refermeture automatique du disjoncteur. 5 Installation de distribution électrique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les appareils di- visionnaires (D1 à Dm) sont constitués par des interrupteurs commandés à distance, et que l'unité (28) est susceptible de délivrer au bout d'un temps prédéterminé, un ordre de refermeture automatique au relais (26) de commande de l'interrupteur divisionnaire après ouverture préalable du circuit en défaut. 6. Installation de distribution électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que 1' appa- reil général (DC), les appareils divisionnaires (D1 à D ) n et l'unité de traitement (28) électronique sont incorporés dans un même bloc fonctionnel (38) précâblé de distribution terminale ou domestique comprenant des bornes (66) de départs vers les utilisations, des bornes (68) de connexion des organes (32) de commande extérieurs, et un jeu de barres (60, 62) en liaison avec des bornes d'arrivée (56a, 58a) et agencé pour autoriser l'assemblage modulaire du bloc (38) avec d'autres blocs identiques, de manière à aug menter le nombre de départs désservis à partir d'une même arrivée de courant. 7 Installation selon la revendication 6, dans laquelle les appareils divisionnaires (D1 à Dn) sont disposés côte à côte pour former au moins une rangée horizontale, carac térisée par le fait qu'un cache-borne inférieur (64) protège les bornes (66, 68) et qu'un cache-borne supérieur (54) recouvre le jeu de barres (60, 62), qui s'étend pa rallelement selon la direction d'empilage des appareils divisionnaires (D1 à Dn). 80 Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que l'unité de traitement (28) électronique comporte des moyens de programmation coopérant av-ec un microprocesseur