Brevet FR2572597A1 — publié le 19860502

DISPOSITIF DE SECURITE POUR APPAREIL DE PROTECTION DIFFERENTIELLE. La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour un appareil de protection d'installation électrique capable de détecter un courant différentiel résiduel; le dispositif de sécurité est du type agencé pour détecter une coupure du neutre sans discontinuité d'alimentation et il est raccordé à cet effet à un conducteur de phase et à un conducteur de neutre appartenant à un réseau de distribution de courant alternatif. L'invention est applicable à des appareils de protection différentielle contre les contacts directs ou indirects, ces appareils visant à obtenir une coupure et/ou une signalisa- tion. La mise en oeuvre de l'invention s'effectue de préfé- rence sur des réseaux dont le neutre, distribué et séparé du conducteur de protection, est mis à la terre. Pour augmenter la sécurité d'utilisation d'un appareil de protection différentielle, il est connu d'associer à un tel appareil un dispositif d'alimentation à circuit redresseur muni d'une borne de liaison avec le conducteur de phase, d'une borne de liaison avec le conducteur de neutre et d'une borne reliée à une prise de terre par l'intermédiaire d'un deuxième circuit redresseur; ce circuit permet donc l'ali- mentation du détecteur de courant différentiel en cas de -2 - coupure du neutre moyennant une redondance du circuit redresseur. Un tel dispositif offre pour principaux inconvénients de nécessiter une duplication du circuit redresseur et, pour détecter l'absence ou la disparition du neutre, un organe spécifique tel qu'un enroulement spécial sur le tore de détection de courant différentiel, ou bien une résistance disposée sur le fil reliant la prise de terre au deuxième circuit redresseur et un organe convertisseur tension/ courant voué uniquement à cette fonction de détection, ou encore un dispositif spécial de signalisation. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un dispositif de sécurité pour appareil de protection différentielle qui permet d'utiliser le détecteur de courant différentiel pour détecter de maniè- re simple l'absence du neutre tout en poursuivant l'alimen- tation du pont redresseur sans nécessiter l'adjonction d'autres éléments détecteurs ou redresseurs. Elle a également pour but de procurer une sécurité positive de fonctionnement de l'appareil de protection en cas de courant de défaut et/ou de coupure du neutre. L'invention concerne un dispositif de sécurité pour appareil de protection d'installation électrique, l'appareil de protection étant muni d'un détecteur de courant différentiel résiduel traversé par un conducteur de phase et un conduc- teur de neutre, et d'un circuit électronique de traitement du signal de courant différentiel délivré par le détecteur, ce circuit étant normalement alimenté par un pont redresseur relié aux conducteurs de phase et de neutre, le dispositif de sécurité présentant des moyens d'alimentation de sécurité du circuit de traitement connectés à une prise de terre. Selon l'invention, les moyens d'alimentation de sécurité sont constitués par un commutateur statique bidirectionnel -3- monté entre la prise de terre et les deux bornes alternati- ves du pont redresseur, ces bornes étant raccordées aux parties des conducteurs de phase et de neutre situées immédiatement en aval du détecteur de courant différentiel de l'appareil de protection. On constate que la détection de coupure du neutre s'effectue ainsi par l'intermédiaire du détecteur de courant différen- tiel sans nécessiter d'organe détecteur supplémentaire et que la fermeture du commutateur statique résulte directement de l'élévation de tension entre la prise de terre et le conducteur de phase et/ou de neutre sans nécessiter d'organe redresseur supplémentaire. Le commutateur statique bidirectionnel peut être constitué soit par un triac monté entre la prise de terre et les deux bornes alternatives du pont redresseur, la gâchette du triac étant reliée par l'intermédiaire d'une résistance à la partie du conducteur de neutre comprise entre la borne alternative correspondante du pont redresseur et le détec- teur de courant différentiel, soit par un couple de diodes Zener montées en opposition ou en antiparallèle entre la prise de terre et les deux bornes alternatives du pont redresseur afin de former un autocommutateur, pour établir en amont du pont redresseur dès la coupure du neutre une liaison phase-terre assurant la poursuite de l'alimentation du pont. Une impédance de préférence capacitive ou fortement capaci- tive et de valeur élevée est avantageusement disposée sur la liaison entre le conducteur de phase et une borne alternati- ve du pont redresseur. Dans un mode de réalisation préféré, le commutateur statique bidirectionnel est relié par l'intermédiaire de deux impédances en parallèle respectivement aux parties des conducteurs de phase et de neutre situées immédiatement en aval du détecteur de courant différentiel. -4 - Il est avantageux de combiner au dispositif de sécurité décrit un organe de test manuel de l'appareil de protection différentielle en prévoyant un interrupteur à ouverture actionnable par l'organe de test, cet interrupteur étant disposé sur la partie du conducteur de neutre située en aval du détecteur de courant différentiel. L'invention concerne également l'appareil de protection différentielle qui est muni du détecteur de courant diffé- rentiel et du circuit électronique de traitement et auquel est associé le dispositif de sécurité. Plusieurs modes de réalisation de l'invention vont être décrits ci-après à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins annexés. La figure 1 est le schéma d'un appareil de protection différentielle muni du dispositif de sécurité positi- ve conforme à l'invention; Les figures 2a et 2b montrent un mode de réalisation du dispositif de sécurité à commutateur statique comprenant respectivement un triac et deux diodes Zener; La figure 3 montre le dispositif de sécurité muni d'un organe de test manuel. L'appareil de protection différentielle 10 représenté sur la figure 1 est connecté à un réseau de distribution de courant alternatif, par exemple aux conducteurs de phase PH et de neutre N d'un secteur basse tension. L'appareil 10 comporte un ensemble interrupteur ou disjoncteur 20 et un dispositif de sécurité positive 30 conforme à l'invention. L'ensemble disjoncteur 20 présente un détecteur 21, un circuit électronique de traitement 22 et deux contacts 23, 24; le détecteur 21 est classique et détecte, par exemple -5- au moyen d'un tore doté d'enroulements, le courant différen- tiel résiduel susceptible d'apparaître entre phase et neutre; le circuit de traitement 22 assure l'amplification et le traitement du signal de courant différentiel produit par le détecteur 21 afin d'agir par l'intermédiaire d'un organe de déclenchement électromécanique non représenté sur les contacts 23, 24 afin d'ouvrir ceux-ci. Les contacts 23, 24 sont disposés sur les dérivations PH1, N1 des conducteurs PH et N alimentant une charge 40 déconnectable au moyen d'un interrupteur I. Le dispositif de sécurité positive 30 comporte un commuta- teur statique bidirectionnel 31 associé à un pont redresseur 32; en temps normal le dispositif 30 est polarisé à partir des conducteurs PH et N via deux conducteurs, l'un de neutre 33 et l'autre de phase 34 raccordés en P1, P2 aux fils N et PH. Les conducteurs 33, 34 sont connectés d'autre part aux bornes de courant alternatif du pont redresseur, tandis que les bornes de courant continu du pont sont reliées via les fils 35, 36 au circuit de traitement 22 de l'ensemble disjoncteur 20. Une impédance Z0 fortement capacitive est prévue sur le conducteur 34. Le commutateur 31 est monté entre une prise de terre 37 et la partie PH2 du conducteur de phase ou N2 du conducteur de neutre située en aval du détecteur 21 de l'ensemble disjonc- teur 20. Ce montage s'effectue de préférence par le raccor- dement du commutateur aux conducteurs 33, 34 de sorte que le commutateur est relié directement aux deux bornes 32a, 32b de tension alternative du pont redresseur. Le dispositif de la figure 1 fonctionne de la manière sui- vante: en cas de coupure du neutre en amont de l'appareil de protection comme figuré par une croix sur la figure 1 et en fonction de l'élévation alors observée de la tension détectée entre le conducteur 33 ou 34 et le conducteur de terre 37, le commutateur 31 devient passant et établit la liaison prise de terre 37 et conducteurs PH 34 - neutre 33. - 6 - Ceci entraîne l'apparition d'un courant de défaut capté par le détecteur 21 et traité par le circuit électronique 22 qui commande l'ouverture des contacts-23, 24. Simultanément, le commutateur permet, par la liaison qu'il établit entre les bornes 32a, 32b du pont redresseur et le conducteur de terre, de poursuivre l'alimentation du pont et donc du circuit électronique de traitement 22. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, le commutateur statique 31 est un triac dont l'une des bornes est reliée à la terre 37 et dont l'autre borne est reliée à un point commun P lui-même relié, d'une part, au neutre 33 par une impédance Z4, d'autre part, à la phase 34 par une impédance Z5. La gâchette du triac est reliée au fil 33 par une résis- tance R2 qui permet d'ajuster le courant d'allumage du triac. Sur la figure 2b, le commutateur statique bidirectionnel 31, constitué par un couple de diodes Zener ZE1, ZE2 disposées en montage opposé ou tête-bêche, est relié, d'une part, à la terre 37 et, d'autre part, à un point P luimême relié à travers une impédance Z6 au neutre 33 et à travers une impédance Z7 à la phase 34. Le commutateur se ferme après que la tension Zener des diodes ZE1, ZE2 ait été atteinte, lors d'une coupure du neutre. On constate que le dispositif de sécurité des figures 2a, 2b fonctionne de manière satisfaisante que l'interrupteur I soit ouvert ou fermé. Il a été indiqué sur les figures 2a et 2b en tirets le trajet du courant lorsque le neutre est coupé, respectivement en cas d'ouverture de l'interrupteur I (figure 2a) et de fermeture de l'interrupteur I (figure 2b). Au commutateur bidirectionnel 31 illustré figure 3 est asso- cié un organe de test manuel de l'appareil de protection 10. Cet organe de test présente par exemple un bouton-poussoir dont seul est représenté un interrupteur B à ouverture -7- disposé sur le conducteur 33 ou en tout autre endroit du conducteur de neutre compris entre le détecteur de courant différentiel 21 et le commutateur statique 31. Pour vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble disjonc- teur 20, l'utilisateur appuie sur le poussoir de test, ce qui ouvre l'interrupteur B et simule ainsi une coupure du neutre 33 ou N2 de manière à produire le déclenchement de l'ensemble disjoncteur 20. De la sorte, l'utilisateur est en mesure de tester en même temps le bon fonctionnement du dispositif de sécurité 30 et de l'ensemble disjoncteur 20. Dans les modes d'exécution des figures 2a, 2b et 3, les impédances Z4 et Z5, Z6 et Z7, Z8 et Z9 sont choisies en interdépendance avec l'impédance Z0 pour assurer dans tous les cas l'alimentation du pont redresseur et à la dispari- tion du neutre un courant de terre supérieur au seuil de courant différentiel déterminant la sensibilité de l'appa- reil de protection. Il va de soi que l'on peut apporter aux modes de réalisation décrits des modifications sans sortir du cadre de l'inven- tion. Ainsi, le commutateur statique bidirectionnel peut être également constitué à l'aide de transistors, thyris- tors, SBS, diacs ou interrupteurs à commande optique. De plus, le dispositif de sécurité est applicable à un réseau triphasé à neutre distribué pour détecter la disparition de deux phases et du neutre. -8- Revendications de brevet 1. Dispositif de sécurité pour appareil de protection d'installation électrique, l'appareil de protection étant muni d'un détecteur de courant différentiel résiduel traver- sé par un conducteur de phase et un conducteur de neutre, et d'un circuit électronique de traitement du signal de courant différentiel délivré par le détecteur, ce circuit étant normalement alimenté par un pont redresseur relié aux conducteurs de phase et de neutre, le dispositif de sécurité présentant des moyens de polarisation de sécurité connectés à une prise de terre, caractérisé par le fait que les moyens de polarisation de sécurité sont constitués par un commutateur statique bidi- rectionnel (31) monté entre la prise de terre (37) et les bornes alternatives (32a, 32b) du pont redresseur (32), ces bornes étant raccordées à des points (P1, P2) des parties du conducteur de phase (PH2) et de neutre (N2) situées en aval du détecteur de courant différentiel (21) de l'appareil de protection (10). 2. Dispositif de sécurité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le commutateur statique bidirec- tionnel (31) est un triac monté entre la prise de terre (37) et les bornes alternatives (32a, 32b) du pont redresseur, la gâchette du triac étant reliée par l'intermédiaire d'une résistance (R2) à la partie du conducteur de neutre (N2) située en aval du détecteur de courant différentiel (21). 3. Dispositif de sécurité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le commutateur statique bidirec- tionnel (31) comprend un couple de diodes Zener (ZE1, ZE2) montées en opposition ou en antiparallèle entre la prise de terre (37) et les bornes alternatives (32a, 32b) du pont redresseur (32). - 9 - 4. Dispositif de sécurité selon l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le commutateur statique bidirec- tionnel (31) est relié par l'intermédiaire de deux impédan- ces (Z4, Z5; Z6, Z7; Z8, Z9) en parallèle à deux points communs (P1, P2) respectivement à une borne alternative du pont (32) et à une partie du conducteur de phase (PH2) ou de neutre (N2) située en aval du détecteur de courant différen- tiel (21) pour assurer la sécurité recherchée. 5. Dispositif de sécurité selon l'une des revendica- tions 1 à 3, pour appareil de protection présentant un organe de test, caractérisé par le fait que l'organe de test est susceptible d'agir sur un interrupteur à ouverture (B) associé au dispo- sitif de sécurité et interposé sur la partie du conducteur de phase (PH2) ou de neutre (N2, 33) située en aval du détecteur de courant différentiel (21). 6. Dispositif de sécurité selon l'une des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait qu'une impédance (Z0) fortement capacitive est prévue sur le conducteur (34) reliant la partie du conducteur de phase (PH2) située en aval du détec- teur (21) de courant différentiel à une borne alternative (32b) du pont redresseur (32). 7. Dispositif de sécurité selon les revendications 4 et 6, caractérisé par le fait que l'impédance (Z0) de liaison du pont redresseur (32) avec le conducteur de phase (PH2) et les impédances (Z4, Z5; Z6, Z7; Z8, Z9) de liaison avec les bornes alternatives (32a, 32b) du pont sont déterminées pour assurer l'alimentation du pont redresseur (32) et à la disparition du neutre un courant de terre supérieur au seuil de courant différentiel déterminant la sensibilité de l'appareil de protection. 8. Appareil de protection différentielle équipé du dispositif de sécurité selon l'une des revendications 1 à 7.