Brevet FR2590740A1 — publié le 19870529

L'application des techniques de traitement numérique aux dispositifs de protection de circuits a permis d'utiliser l'échantillonnage de la valeur efficace pour la détermination de surintensité. L'utilisation de valeurs efficaces de courant pour la détermination de la combinaison temps/surintensité réduit l'apparition de déclenchements intempestifs qui se produisent lorsqu'on détecte le courant de crête. Les valeurs de courant de crête ne tiennent pas compte de la distorsion harmonique de la fréquence de l'énergie électrique, ce qui conduit à des coupures de circuit alors que la valeur efficace réelle du courant est comprise dans des limites acceptables. La demande de brevet française déposée le même jour par la demanderesse sous le titre Disjoncteur utilisant un echantillonnage de valeur efficace" décrit les avantages de l'utilisation de l'échantillonnage de la valeur efficace dans des conditions de surcharge, pour la détermination précise de la combinaison temps/surintensité, et de l'utilisation de l'échantillonnage du courant de crête dans des conditions de court-circuit. La demande de brevet des E.U.A. nO 743337 déposée le 10 juin 1985 décrit un moyen pour effectuer des calculs de valeur efficace, sans nécessiter l'emploi d'un processeur de signal numérique. La demande de brevet des ,U.A. nO 631708, déposée le 17 juillet 1984, décrit un disjoncteur numérique utilisant des techniques d'échantillonnage de courant de crête.On se réfèrera à cette dernière demande pour avoir une description de l'utilisation de transformateurs d'intensité pour échantillonner des courants de phase individuels pour la détermination de la combinaison temps/surintensité, et pour fournir l'énergie d'alimentation nécessaire au processeur numérique. Un moyen connu pour effectuer un échantillonnage de valeur efficace pour une détermination de surintensite exige d'utiliser des transformateurs dlintensite séparés pour chaque phase, pcur alimenter le processeur de signal, ainsi que des transformateurs d'intensité séparés pour chaque phase, pour fournir des valeurs efficaces au processeur de signal, pour la détermination de surintensité. La présente invention a pour but de procurer des moyens d'échantillonnage de valeur efficace pour des disjoncteurs électroniques, n'exigeant pas des transformateurs d'in tensité auxiliaires. L'invention procure un circuit de conditionnement de signal de valeur efficace pour des disjoncteurs électroniques utilisant trois transformateurs d'intensité, c'est-à-dire un pour chaque phase d'un circuit de distribution d'énergie triphasé, avec trois résistances de charge séparées pour ge nérer des signaux de phase individuels pour la détermination de la combinaison temps/surintensité dans un processeur de si signal. Les mêmes transformateurs d'intensité fournissent l'énergie nécessaire à l'alimentation du disjoncteur pour alimenter à la fois le processeur numérique et les composants actifs de coupure de circuit. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement Figure 1 : une représentation schématique du circuit de conditionnement de signal de valeur efficace incorporé dans un disjoncteur à module de déclenchement électronique conforme à l'invention ; Figure 2 : une représentation schématique des composants incorporés dans le disjoncteur de la figure 1 Figure 3 : une représentation schématique d'une autre configuration des composants incorporés dans le disjoncteur de la figure 1 ; et Figure 4 : une représentation schématique dsune configuration du circuit de la figure 3 conçue pour procurer des fonctions de protection supplémentaires. La figure 1 montre un disjoncteur 10 qui comprend trois contacts séparables 11 connectés dans chaque phase séparée (A-C) d'un système de distribution d'énergie électrique triphasé dont les courants de phase sont échantillonnés au moyen de transformateurs d'intensité CT1-CT3 et redressés dans un redresseur 17, avant de générer des tensions représentatives de chacun des 3 courants de phase, au moyen de résistances de charge Rb. Les courants de phase fournissent également l'énergie nécessaire à l'alimentation 19 qui alimente le module de déclenchement à circuit intégré 15, ainsi que le circuit d'attaque 14, par une connexion réalisée par la ligne 16. Le circuit d'attaque actionne la bobine de déclenchement 12 au moyen d'un thyristor 13, pour séparer les contacts par l'intermédiaire d'un accouplement fonctionnel représenté par la ligne 7.Le disjoncteur remplit une fonction similaire à celle décrite dans la demande de brevet des E.U.A. nO 631708 précitée, sauf en ce qui concerne les trois conducteurs 18A18C qui appliquent trois échantillons de courant séparés aux résistances de charge Rb, qui sont connectées à la masse par la ligne 8 et à l'alimentation par la ligne 9. Les représentations sous forme de tensions des trois courants de phase séparés sont appliquées par les lignes 18A-18C à l'entrée I IC du module de déclenchement, comme il est indiqué, pour la détermination de la valeur efficace. L'autre borne de l'alimentation 19 est connectée à la borne d'entrée de tension négative du module de déclenchement.Un ensemble d'interrupteurs numériques 30 connectés au module de déclenchement par les lignes 21-29 fournissent les valeurs d'entrée numériques ne- cessaires à la partie de processeur numérique du module de déclenchement, comme il est décrit de façon plus détaillée dans la demande de brevet mentionnée en dernier. Alors que le disjoncteur de la demande de brevet mentionne en dernier uti lise un échantillonnage du courant de crête pour déterminer des conditions de surintensité, l'invention utilise un échantillonnage de la valeur efficace pour de telles déterminations de la combinaison temps/surintensité.Le circuit de condi- tiorneErrt de signal de valeur efficace 6 qui fait partie du disjoncteur 10 est représenté sur la figure 2 sous une forme comprenant des transformateurs d'intensité CT1-CT3 destinés à échantillonner les courants de phase IRA'IL Le redresseur 17 est constitué par trois redresseurs en pont tels que des diodes D1-D4 pour le courant de phase Ic, des diodes D5-D8 pour le courant de phase 1B et des diodes Dg-Dl2 pour le courant de phase IA. Le circuit de résistances de charge Rb comprend trois résistances séparées R -RC connectées en commun par l'une de leurs bornes à la ligne 9 qui est directement con nectée à l'alimentation 19.L'autre borne de chacune des résistances de phase individuelles est connectée au module de déclenchement 15 par des lignes séparées 18A-18C, pour échan tiTlonner chaque -signal--de valeur efficace individuel pour chacune des trois phases. L'alimentation 19 est similaire à celle décrite dans le brevet des E.U.A. nO 4 271 447. L'alimentation comprend fondamentalement un transistor de puissance Darlington 35 dont l'émetteur est connecté aux anodes des diodes D3, D4 par la ligne 33. L'émetteur du transistor de puissance Darlington est également connecté en commun aux anodes des diodes D7, D8, par la ligne 34, et aux anodes des diodes D11, D12, par la ligne 20. La base ou électrode de commande du transistor de puissance est connectee au collecteur d'un transistor bipolaire de commande Q1 dont la base est connectée à la ligne de commande 32. Le collecteur du transistor de puissance et l'émetteur du transistor de commande sont connectés en commun à la ligne 9 et à la borne de sortie positive 30. La borne de sortie négative 31 est con bectée par la diode D13 à l'émetteur du transistor de puissance et aux lignes 20 et 33. La figure 3 montre une autre configuration possible pour les composants du circuit de conditionnement de signal de valeur efficace de l'invention, désignée par la référence 5, dans laquelle les transformateurs d'intensité CT1-CT3 et les diodes D 1-D12 sont connectés à la ligne positive 37 qui aboutit à la borne positive 39 par l'intermédiaire de la diode de blocage D13, et ils sont connectés par le circuit de résistances de charge R b à la ligne négative 38 qui aboutit à la borne de ligne négative 41. La résistance de charge RA est connectée entre la ligne négative et la ligne 39 de façon à fournir la représentation sous forme de tension efficace, VA, du courant qui circule dans la première phase du circuit. Les résistances de charge RB, RC sont connectées à la ligne négative pour fournir par l'intermédiaire des lignes 40, 41 des représentations sous forme de tension efficace des courants qui circulent dans les deux phases restantes. Le transistor de puissance Darlington est connecté par son collecteur à la ligne positive et par son émetteur à la ligne négative Le transistor de commande Q1 est connecté par sa base à la ligne de commande 32 et à la borne 40, et il est connecté par sa borne de collecteur à la base du transistor de puissance. Les trois bornes 39-41 sont toutes connectées au circuit d'alimentation de la manière décrite précédemment en relation avec la figure 2. La configuration représentée sur la figure 4, qui comprend des résistances de charge supplémentaires RA2-RC2 et des bornes supplémentaires VA2-Vc2, procure une fonction de protection supplémentaire pour le système de distribution d'énergie. Par une orientation correcte des transformateurs d'intensité par rapport aux résistances de charge, on peut déterminer avec précision les valeurs de courant pour le demicycle positif comme pour le demi-cycle négatif. Ceci est utile lorsqu'une fonction de mesure de quantité d'énergie est nécessaire, ainsi que pour des déterminations de facteur de puissance et d'inversion de sens de circulation de l'énergie. L'utilisation de résistances de charge séparées pour contrôler le courant d'un demi-cycle de façon à effectuer une détermination d'inversion de sens de circulation de l'énergie, constitue une caractéristique importante dans la protection de circuits de distribution d'énergie en milieu industriel, du fait que la plupart des dispositifs de protection contre les surintensités sont incapables de déterminer l'apparition d'une inversion du sens de circulation de l'énergie, sous l'effet de laquelle la charge renvoie du courant vers la source, sans augmentation mesurable du courant. Le circuit de conditionnement de signal de valeur efficace de l'invention procure ainsi des valeurs de tension efficace indépendantes, représentant le courant détecté dans chacune des trois phases, pour effectuer un échantillonnate de valeur efficace d'une manière continue, tout en fournissant l'énergie d'alimentation nécessaire au processeur de signal et aux composants d'interruption, sans nécessiter trois transformateurs d'intensité de phase supplémentaires. L'invention s'applique aussi bien lorsqu'on utilise un micro-ordinateur pour les déterminations de combinaison temps/surintensité, comme dans la demande de brevet française précitée, que lorsqu'on utilise des compteurs réversibles, comme dans le circuit intégré de déclenchement numérique qui est décrit dans la demande de brevet des E.U.A. nO 631708 précitée. REVENDICATIONS 1. Circuit de conditionnement de signal pour des disjoncteurs électroniques, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de détection de courant (CT1-CT3) destinés à fournir des valeurs de courant représentatives du courant qui circule dans chacune des trois phases d'un système de distribution d'énergie électrique ; des moyens de coupure de circuit (11, 12, 13, 14) connectés aux trois phases pour interrompre la circulation du courant lorsque les valeurs de courant dépassent des valeurs de surintensité prédéterminées des moyens de traitement de signal (15) connectés aux moyens de détection de courant (CT1-CT3) et aux moyens de coupure de circuit (11, 12, 13, 14), de façon à comparer les valeurs de courant aux valeurs de surintensité prédéterminées, et à actionner par un ordre les moyens de coupure de circuit ; des moyens d'alimentation (19) connectés aux moyens de détection de courant (CT1-CT3), pour recevoir de l'énergie d'alimentation, et connectés aux moyens de coupure de circuit (11, 12, 13, 14) et aux moyens de traitement de signal (15), pour fournir de l'énergie d'alimentation aux moyens de coupure de circuit et aux moyens de traitement de signal ; et un ensemblé de résistances de charge (%) connectees aux moyens de détection de courant (CT1-CT3) et aux moyens de traitement de signal (15), de façon à fournir une représentation sous forme de tension des valeurs de courant précitées, cet ensemble de résistances de charge comprenant trois résistances séparées (RA-RC), chacune d'elles étant connectée dans l'une respective des trois phases, pour fournir une représentation sous forme de tension séparée pour chacune des trois phases. 2. Circuit de conditionnement de signal pour des disjoncteurs électroniques selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens redresseurs (17) connectés aux moyens de détection de courant (CT1-CT3), pour effectuer un redressement à double alternance des valeurs de courant. 3. Circuit de conditionnement de signal pour des disjoncteurs électroniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des trois résistances (R 'RC) comprend une paire distincte de première et seconde connexions, et une première connexion de chacune de ces paires de connexions est connectée en commun en un point (9), tandis qu'une seconde connexion (18A, 18B, 18C) de chaque paire de connexions est connectée séparément au processeur de signal (15), pour fournir une représentation séparée de chacune des valeurs de courant pour chacune des trois phases séparées. 4. Circuit de conditionnement de signal pour disjoncteurs électroniques selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'alimentation (19) comprend un transistor de puissance (35) ou un autre dispositif à semiconducteur approprié, et en ce qu'un collecteur ou un émetteur de ce transistor de puissance est connecté aux trois résistances, au point commun précité (9). 5. Circuit de conditionnement de signal pour disjoncteurs électroniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de courant comprennent trois transformateurs d'intensité séparés (CT1-CT3). 6. Circuit de conditionnement de signal pour disjoncteurs électroniques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de résistances de charge (Rb) comprend trois résistances supplémentaires (RA2-RC2), et une résistance supplémentaire est connectée dans chacune des trois phases pour procurer une fonction de mesure de consommation d'énergie et une fonction de protection supplémentaire pour les disjoncteurs.