Brevet FR2549309A1 — publié le 19850118

i 2549309, DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES SURTENSIONS A USAGE DOMESTIQUE OU INDUSTRIEL La présente invention concerne les dispositifs de protection contre les surtensions dont la fonction est d'isoler la charge de la ligne d'alimentation-secteur lorsque le module de protection du type parafoudre qui lui est connecté n'est plus capable de dissiper toute 05 l'énergie de surtension sans effet destructeur des composants du parafoudre ou du fusible qui lui est associé. La protection de la charge contre les surtensions est généralement obtenue au moyen de parafoudres qui sont constitués par un éclateur à gaz combiné avec des résistances variables dont la fonction est de 19 limiter la tension appliquée à la charge à une valeur non destructive et de diriger l'énergie des surtensions vers la terre ou de la dissiper dans le dispositif de protection La durée de vie de tels parafoudres dépend essentiellement du nombre de perturbations En effet, lorsque le parafoudre doit fonctionner très souvent sur une courte période, il peut 15 être détruit à cause d'un échauffement et il en résulte soit le court- circuit de deux conducteurs de la ligne d'alimentation-secteur soit la mise à la terre de l'un d'eux ou des deux. De manière à obvier à ces inconvénients, on utilise souvent des fusibles calibrés, mais ceux-ci, de façon inhérente, limitent la charge 20 et doivent être changes après chaque perturbation importante. De ce fait, il est souhaitable de réaliser un dispositif de protection contre les surtensions qui puisse isoler la charge dès lors que le parafoudre associé n'est plus capable de dissiper l'énergie de surtension sans destruction du parafoudre ou des fusibles 25 correspondants. -2 2549309; En outre, il est tout à fait souhaitable que le fonctionnement d'un tel dispositif ne nécessite pas une intervention humaine pour reconnecter la charge à la ligne d'alimentation si les perturbations sont transitoires et fugitives. I 5 La présente invention a donc pour objet un dispositif de protection contre les surtensions présentant ces avantages. Pour atteindre ce but, l'invention est basée sur le fait que la charge et le parafoudre sont automatiquement déconnectés de la ligne d'alimentation lorsque l'énergie dissipée par le parafoudre atteint un 10 seuil déterminé Ils sont reconnectés automatiquement après une première période déterminée S'ils sont déconnectes plus qu'un nombre déterminé de fois pendant une seconde période déterminée, ils sont maintenus déconnectés de manière à permettre à quelqu'un de vérifier l'installation électrique puis de réarmer -le dispositif Si le dit 15 nombre déterminé de fois n'est pas atteint pendant la seconde période, les déconnexions précédentes ne sont pas mémorisées. Conformément à l'invention, le dispositif de protection contre les surtensions à usage domestique ou industriel comprend deux détecteurs de surtension respectivement connectés entre chacun des conducteurs de la 20 ligne d'alimentation et du parafoudre, et ayant leurs sorties reliées & une porte OU dont le signal de sortie est appliqué à un circuit à seuil. La sortie de ce dernier est reliée à une première bascule monostable ayant une première constante de temps et commandant, par l'intermédiaire d'une bascule de verrouillage, un dispositif bipolaire isolant la charge 25 du réseau d'alimentation (contact de relais par exemple), lequel est disposé en série dans les deux conducteurs de la ligne d'alimentation _ 3 -_ 2549309; entre la connexion des détecteurs à la ligne et la connexion du circuit d'alimentation du dispositif à la ligne. De façon à permettre la reconnexion automatique de la charge après chaque perturbation, s'il n'y a pas trop de perturbations importantes 05 successives ou s'il n'y a pas de problèmes dans l'installation électrique, la sortie de cette bascule de verrouillage est également reliée à une seconde bascule monostable ayant une seconde constante de temps supérieure à la première, ainsi qu'à l'entrée d'horloge d'un compteur dont la borne de remise à zéro est connectée à la 10 sortie de la seconde bascule monostable. De manière à éviter la déconnexion de la charge pour une perturbation de surtension importante mais fugitive, et à augmenter les performances du dispositif, un intégrateur est, de préférence, connecté entre la porte OU et le circuit à seuil Ainsi le signal appliqué au circuit à 15 seuil est le signal intégré du signal de sortie de la porte OU et est sensiblement fonction de l'énergie dissipée par le parafoudre et n'est pas seulement fonction de l'amplitude du courant de perturbation. Pour réarmer manuellement le dispositif lorsque la bascule de verrouillage a bloqué le dispositif bipolaire d'isolation en état 28 ouvert, une seconde bascule de verrouillage peut être connectée à la sortie de la seconde bascule monostable et -à celle du compteur, de manière & éviter l'application automatique d'un signal de remise à zéro de ce dernier Un interrupteur par exemple du type presse-bouton est alors connecté à cette bascule de verrouillage pour permettre 25 d'appliquer manuellement ce signal de remise à zéro et réarmer ainsi le dispositif. -4 2549309; L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre non limitatif et à laquelle deux planches de figures sont annexées. La figure 1 représente schématiquement le circuit électrique du dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention, et La figure 2 représente le circuit électrique du mode préféré de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. En référence maintenant à la figure 1, la ligne d'alimentation secteur comporte deux conducteurs 1, 2 reliant une source électrique alternative à gauche sur la figure 1 à une charge 90 -à droite sur cette figurepar l'intermédiaire des contacts 3, 4 d'un relais normalement fermé et dont l'ouverture est commandée par la bobine 5 Le circuit 15 d'alimentation électrique 6 du dispositif est connecté à la ligne d'alimentation en amant par rapport aux contacts 3, 4 du relais, de manière à assurer l'alimentation du dispositif même lorsque ces contacts sont ouverts. Le parafoudre 7 est relié de manière classique aux deux conducteurs de 20 la ligne d'alimentation et à la terre pour pouvoir dissiper l'énergie des surtensions Le parafoudre 7 est connecté à la ligne en aval par rapport aux contacts 3, 4 du relais de manière à isoler en même temps la charge et le parafoudre lorsque les contacts sont ouverts. En série avec chacun des conducteurs de la ligne d'alimentation et le 25 parafoudre 7 sont respectivement connectés deux détecteurs 8, 9 de courants de surtension de manière à détecter une surtension aussi bien dans l'un des conducteurs que dans les deux Ces détecteurs 8, 9 sont -_ 5 2549309 reliés à une porte OU analogique 10 pour délivrer un signal lors de toute détection d'une surtension La sortie de la porte OU est reliée à un intégrateur il de manière à obtenir un signal qui soit fonction de l'énergie de surtension dissipée par le parafoudre 7 Lorsque ce signal 05 dépasse un seuil déterminé, le circuit à seuil 12 applique un signal à la première bascule monostable 13 dont la constante de temps est de l'ordre d'une seconde Cette bascule 13 commande, par l'intermédiaire d'une bascule de verrouillage 14, l'alimentation de la bobine 5 de façon à ouvrir les contacts 3, 4 du relais dès que l'énergie dissipée par le 10 parafoudre 7 n'est plus adeissible pour ce dernier Un signal issu de la bascule de verrouillage 14 est appliqué à l'entrée d'un compteur 15 et à une seconde bascule monostable 16. Le compteur 15 est incrémenté chaque fois qu'un signal est délivré pour commander l'ouverture des contacts 3, 4 du relais La constante de temps de la seconde bascule monostable 16 est supérieure à celle de la première bascule 13; elle est par exemple de l'ordre d'un minute La bascule 16 est connectée de manière à engendrer un signal de remise-à-zéro qui est appliqué au compteur 15 si aucun nouveau signal n'a traversé la bascule de verrouillage 14 pendant la 20 constante de temps de la bascule 16 Si le compteur 15 a été incrémenté un nombre déterminé de fois sans avoir été remis à zéro, il engendre un signal permettant de verrouiller la bascule de verrouillage 14, les contacts 3,4 du relais restant alors ouverts jusqu'à ce qu'on applique manuellement un signal de remise à zéro au compteur 15. En référence maintenant à la figure 2 représentant le circuit d'un tel dispositif de protection contre les surtensions à usage domestique ou industriel conçu pour une ligne d'alimentation secteur 220 volts,( 50 Hz, 6 2549309. A, on peut aisément constater que les contacts 3, 4 du relais sont disposés dans la ligne d'alimentation entre la connexion amont du circuit d'alimentation 6 du dispositif et la connexion aval du parafoudre 7 La bobine 5 qui commande l'état des contacts 3, 4 du 05 relais est reliée en série avec une résistance 21 et la jonction émetteur-collecteur d'un transistor 20 dont la base est connectée à la sortie de la bascule de verrouillage 14 par l'intermédiaire d'une résistance 22 Cette branche incluant la bobine 5, le transistor 20 et la résistance 21 est connectée entre les deux conducteurs de sortie 23, 10 24 du circuit d'alimentation du dispositif Ce dernier est d'un type connu et comprend un redresseur conventionnel constitué par un pont de diodes 25, 26, 27, 28 dont les entrées sont shuntées par un varistor 29, un condensateur 38 et un condensateur 31 en série avec une résistance 32 Les bornes de cette résistance 32 sont respectivement reliées aux 15 conducteurs 1, 2 de la ligne d'alimentation Les sorties du pont sont shuntées par un condensateur 33 et une résistance 34 faisant office de filtre Une résistance 35 est disposée en série dans le conducteur de sortie 23, et un autre condensateur 36 sert de filtre Puisque le dispositif met en oeuvre des circuits intégrés, le circuit 20 d'alimentation doit présenter trois sorties, l'une délivrant une tension continue +V, une autre délivrant la tension continue inverse -V et une dernière qui est reliée à la masse Dans ce but, le circuit d'alimentation comprend également, reliées de manière classique, deux diodes Zener 37, 38 connectées en série entre les deux conducteurs de 25 sortie 23, 24, chacune d'elles étant shuntée par un condensateur 39,48 respectivement. -7 2549309, Chacun des détecteurs de surtensions 8, 9 comprend une résistance de leur 41, 42 respectivement, reliée en série avec l'une des entrées du parafoudre 7 Entre les extrémités de chacune des résistances 41, 42 est connecté un jeu de deux diodes électroluminescentes 43-44, 05 45-46 respectivement, disposées tête-bêche en parallèle Bien évidement, chacun des jeux de deux diodes pourrait être remplacé par un semi-conducteur électroluminescent bidirectionnel On utilise ici des composants électroluminescents de manière à isoler galvaniquement le circuit Ces diodes commandent respectivement des transistors 10 électroluminescents 47, 48 dont l'émetteur est relié à la terre par l'intermédiaire d'une résistance 49, 50 respectivement, la tension +V étant appliquée au collecteur de chaque transistor La sortie de chaque détecteur est constituée par le point de jonction de l'émetteur et de la résistance correspondante 49, 50 Les deux sorties sont reliées aux 15 entrées d'une porte OU 10 constituée par deux diodes 51, 52 dont les cathodes sont reliées entre elles pour former la sortie de la porte OU 10 dont les entrées sont constituées par les anodes de ces diodes 51, 52 Ainsi, le signal de sortie de la porte OU 10 est un signal analogique qui est fonction du courant circulant dans n'importe quelle 20 entrée du parafoudre 7. Le signal de sortie de la porte OU 10 est appliqué à la borne d'entrée de l'intégrateur 11 qui est constitué essentiellement, de manière classique, par un-amplificateur différentiel 53 pourvu d'une boucle de réaction incluant en parallèle une résistance 54 et un condensateur 55. 25 Les entrées de cet amplificateur différentiel 53 sont respectivement connectées à la sortie de la porte OU 10 par l'intermédiaire d'une résistance 56 et à la terre par l'intermédiaire de la résistance 57 Le 8 22549309 signal délivré par l'intégrateur 11 est appliqué à un circuit à seuil 12 comprenant un amplificateur différentiel 6 dont une entrée est connectée à la borne de sortie de l'intégrateur 11 par l'intermédiaire de la résistance 67, l'autre entrée étant reliée par l'intermédiaire de la 05 résistance 68 à un diviseur de tension constitué par deux résistances 58, 59 La borne de sortie du circuit à seuil 12 est reliée à une première bascule monostable 13 dont la constante de temps est déterminée par la valeur du condensateur 77 et de la résistance 78 Sa borne de sortie est reliée à une entrée de la bascule de verrouillage 14 connu 10 sur le marché sous le nom de 'D-Latch'. On trouve également une seconde bascule monostable 16 dont la constante de temps qui est de l'ordre d'un minute est déterminée par la valeur de la résistance 79 et par celle du condensateur 8 M, reliée comme précédemment décrit à la sortie de la bascule de verrouillage 14, 15 laquelle est également connectée à l'entrée d'horloge d'un compteur décimal 15 Sur la figure, la dizième sortie du compteur 15 (sortie N'9) est reliée à la deuxième entrée de la bascule de verrouillage 14, mais, bien évidement, il est possible de connecter toute autre sortie du compteur 15 en fonction du résultat souhaité De façon à obtenir un 20 réarmement manuel, une seconde bascule de verrouillage 61 est reliée à la sortie de la seconde bascule monostable 16 et à la mme sortie du compteur décimal 15, de façon à éviter l'application automatique d'un signal de remise à zéro au compteur décimal 15 lorsque ce dernier génère un signal sur sa sortie utilisée. Pour cette raison, un interrupteur presse-bouton 62 est disposé en série avec une résistance 63 entre la tension V et la masse. Le point de jonction entre l'interrupteur 62 et la résistance 63 est relié à une entrée de la bascule de verrouillage 61. -9 9 2549309, En fonctionnement, le signal délivré par la porte OU e 10, qui est fonction du courant d'entrée du parafoudre 7, est intégré par l'intégrateur 11 Quand le signal résultant atteint une valeur déterminée par le pont de résistances 58, 59, une impulsion est 05 appliquée à la première bascule 13 qui change d'état. Ce faisant, le transistor 20 devient passant, et la bobine 5 est alimentée ce qui colmmande l'ouverture des contacts 3, 4 du relais. Simultanément, le compteur 15 est incrémenté et une impulsion est appliquée à la seconde bascule monostable 16 dont la constante de temps 10 est supérieure à celle de la première bascule 13. A la fin de la constante de temps de la bascule 13, le transistor 20 repasse à l'état bloqué, la bobine 5 n'est plus alimentée ce qui referme les contacts 3, 4 du relais Si aucune nouvelle impulsion n'est appliquée à l'entrée de la première bascule pendant la constante de temps de la seconde bascule 16, cette dernière applique par 15 l'intermédiaire de la seconde bascule de verrouillage 61 un signal de remise à zéro au compteur 15 qui revient alors à l'état initial. Hais si une autre impulsion est appliquée à la première bascule 13 pendant la constante de temps de la seconde bascule 16, les contacts 3, 4 du relais sont ouverts une fois de plus pendant la constante de temps 29 de la première bascule 13 et le compteur génère un signal sur sa seconde sortie Si de nouvelles impulsions sont appliquées à l'entrée de la première bascule avant que la seconde bascule 16 revienne à son état stable, les contacts 3, 4 du relais sont à chaque fois ouverts et le compteur 15 est incrémenté A la dixième impulsion, le compteur 15 25 délivre une impulsion qui est appliquée à la bascule de verrouillage 61 de façon à verrouiller celle-ci, ce qui interdit à la seconde bascule monostable 16 d'appliquer un signal de remise à zéro; cette impulsion 1 2549309, délivrée par le compteur 15 est également appliquée à la bascule de verrouillage 14 de façon à verrouiller celle-ci également et bloquer ouverts les contacts 3, 4 du relais. Alors seule une intervention manuelle sur l'interrupteur 62 peut 05 réarmer le dispositif. Dans l'exemple de réalisation décrit, les bascules monostables sont des circuits intégrés 4 4528 B, le compteur est un circuit intégré À 4017 B, les bascules de verrouillage sont des D-Latches À 4042 B, tous ces composants étant disponibles dans le commerce sous la marque INTEL. 10 La valeur des résistances 41, 42 des détecteurs de surtension 8, 9 est de l'ordre de quelques dizaines de milli-Ohm. Bien que seul le mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le méme esprit ne sortirait pas du 15 cadre de la présente invention. * * * lt 2549309, R E V E N D I C A T IONS 1 Dispositif de protection contre les surtensions à usage domestique ou industriel, destiné à isoler une charge ( 90) et le module de protection associé de type parafoudre ( 7), par rapport aux deux conducteurs ( 1, 2) de la ligne d'alimentation secteur lorsque le dit 05 parafoudre ( 7) n'est plus capable de dissiper toute énergie de surtension sans effet destructif, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: un circuit d'alimentation (b) connecté en amont à la ligne d'alimentation secteur, deux détecteurs de surtension ( 8 9) respectivement connectés entre chacun des conducteurs ( 1,2) de la ligne d'alimentation et une entrée du dit parafoudre ( 7), une porte OU ( 10) dont les entrées sont connectées a la borne de sortie de chacun des dits détecteurs ( 8, 9), un circuit à seuil ( 12) dont une entrée est reliée à la borne de sortie de la porte OU ( 10), une première bascule monostable ( 13) auant une première constante de temps, à laquelle est appliqué le signal de sortie du dit circuit à seuil ( 12), une première bascule de verrouillage ( 14) à laquelle est appliqué le signal de sortie de la dite première bascule monostable ( 13), et auant une sortie reliée à des mogens de commande ( 5) de l'état d'un dispositif bipolaire d'isolation ( 3,4) disposé en série dans les deux conducteurs ( 1,2) de la Iigne d'alimentation secteur entre la 25 connexion en aval des détecteurs ( 8, 9) à la dite ligne et la connexion en amont à la dite ligne du circuit d'alimentation ( 6) du dispositif. 12 2549309; 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il inclut en outre: une seconde bascule monostable ( 16) agant une seconde constante de teemps supérieure à celle de la première et agant son entrée reliée à la sortie de la dite première bascule de verrouillage ( 14), un compteur ( 15) agant son entrée de remise à zéro reliée à la sortie de la dite seconde bascule monostable ( 16) et son entrée d'horloge reliée à la sortie de la dite première bascule de verrouillage ( 14). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une seconde bascule de verrouillage ( 61) reliée à la sortie de la dite seconde bascule monostable ( 16) et à la sortie du dit compteur ( 1-5), et agant une entrée reliée à un interrupteur manuel ( 62) de façon à appliquer manuellement un signal de remise à zéro au dit 15 compteur ( 15). 4 Dispositif selon les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le dit compteur ( 15) est un compteur décimal. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que les dites bascules de verrouillage 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un intégrateur ( 11) dont une entrée est reliée à la sortie de la dite porte OU ( 10) et sa sortie reliée à l'entrée du dit circuit à seuil ( 12) de façon à appliquer au 25 dit circuit à seuil ( 12) un signal qui soit pratiquement fonction de l'énergie dissipée dans le dit parafoudre ( 7). 13 2549309, 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la constante de temps de la dite première bascule monostable ( 13) est de l'ordre d'une seconde, tandis que celle de la dite seconde bascule monostable ( 6 lb) est de l'ordre d'une minute, le dit 05 compteur ( 15) appliquant un signal de verrouillage à la dite première bascule de verrouillage ( 14) après environ une dizaine d'ouvertures des contacts ( 3, 4) du relais pendant la constante de temps de la dite seconde bascule monostable ( 16).