Brevet FR2602610A1 — publié le 19880212

DECLENCHEUR STATIQUE D'UN DISJONCTEUR ELECTRIQUE A INDICATEUR D'USURE DES CONTACTS L'invention est relative à un déclencheur statique numérique pour un disjoncteur électrique à contacts séparables comprenant: - des capteurs de courant qui engendrent des signaux analogiques proportionnels aux courants parcourant les conducteurs protégés par le disjoncteur, - des circuits redresseurs pour redresser lesdits signaux et délivrer un signal continu analogique représentatif de la valeur maximale desdits courants, - un convertisseur analogique digital ayant une entrée recevant ledit signal analogique et une sortie délivrant un signal numérisé échantillonné correspondant, - un ensemble de traitement numérique à microprocesseur, auquel est appliqué le signal numérisé pour assurer une fonction de déclenchement long retard et pour une fonction de déclenchement court retard et qui élabore un ordre de déclenchement du disjoncteur, lors d'un dépassement de seuils prédétermines, ledit ordre étant temporisé en fonction de la valeur du signal, - et un moyen de déclenchement du disjoncteur activé par ledit ordre de déclenchement. Le bon fonctionnement d'un disjoncteur électrique dépend de l'état de détérioration des contacts, un mauvais contact provoquant un échauffement par effet Joule et une destruction du disjoncteur. Les disjoncteurs comportent souvent une enveloppe isolante, notamment un boîtier moulé, qui leur assure une grande fiabilité, mais cette enveloppe gêne les utilisateurs habitués à vérifier par examen visuel l'état des contacts des disjoncteurs. Une telle vérification est fréquente dans les disjoncteurs basse tension de fort calibre du type ouvert, qui sont agencés pour un démontage et un remplacement des contacts usés. Il est important de détecter à temps l'usure des contacts si on veut éviter la destruction de l'ensemble de l'appareil et cette vérification doit être facile et éviter, en particulier un démontage des pièces. La présente invention a pour but de permettre une indication du degré d'usure des contacts d'.un disjoncteur sans démontage de ce dernier et elle est basée sur la constatation que l'usure des contacts est essentiellement déterminée par la valeur du courant coupé à chaque manoeuvre d'ouverture. Le déclencheur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de la valeur maximale du courant coupé à chaque ordre d'ouverture du disjoncteur, un dispositif d'élaboration à chaque ordre d'ouverture d'une valeur d'usure en fonction de ladite valeur maximale du courant et représentative de l'usure des contacts, due à la coupure dudit courant, un dispositif de sommation et de stockage dans une mémoire desdites valeurs d'usure et un affichage de la valeur d'usure stockée dans ladite mémoire constituant un indicateur du degré d'usure desdits contacts. Les disjoncteurs sont souvent équipés d'un compteur indiquant le nombre de manoeuvres et de ce fait le degré d'usure mécanique de l'appareil, mais cette indication est insuffisante pour connaître l'usure des contacts, une ouverture sur court-circuit produisant une érosion des contacts notablement supérieure à celle d'une simple coupure du courant nominal. Dans le cas d'un déclencheur statique, l'indication de l'usure est particulièrement simple, car le déclencheur dispose à chaque coupure de la valeur crête du courant coupé et le microprocesseur peut par comparaison à une courbe d'usure introduite dans une mémoire établir la valeur d'usure correspondante des contacts. Il suffit d'additionner ces valeurs d'usure pour connaître l'état général des contacts, cet état étant affiché en permanence ou de préférence à la demande, éventuellement à distance. Un dispositif d'alarme ou d'auto-protection par déclenchement du disjoncteur peut intervenir lorsque le degré d'usure dépasse un seuil prédéterminé, le dépassement du seuil étant avantageusement constaté par le microprocesseur lui-même. L'indication d'usure n'est pas une mesure absolument exacte, d'autres facteurs que la valeur crête coupée, telles que la qualité des matériaux de contacts, la vitesse de séparation des contacts ou la vitesse de déplacement de l'arc, ayant une influence sur l'usure des contacts. Il s'avère néanmoins que-la précision est suffisante pour pouvoir fixer un seuil acceptable en dessous duquel les contacts ne peuvent en aucun cas être usés. Lorsque ce seuil est atteint, une vérification, par exemple visuelle, s'impose et l'utilisateur peut décider le remplacement des contacts usés ou le maintien en fonction du disjoncteur si les contacts ne sont que partiellement usés, par relèvement du seuil d'une valeur fonction de l'état des contacts. L'appréciation de la valeur de ce seuil nécessite une certaine expérience - et bien entendu une surveillance plus soignée par la suite. L'indicateur d'usure selon l'invention présente l'avantage d'utiliser les composants du déclencheur statique numérique, la capacité du microprocesseur étant suffisante pour traiter cette fonction additionnelle. La courbe d'usure, qui dépend bien entendu du type de disjoncteur, peut être facilement mémorisée lors de la personnalisation du déclencheur, notamment lors de la fixation des autres valeurs et seuils de fonctionnement du déclencheur. La courbe d'usure est une fonction continue du courant coupé, mais le traitement par microprocesseur est notablement simplifié en admettant une variation discrète, cette approximation étant parfaitement compatible avec la précision requise. La forme générale de cette courbe est du type KI = I dans laquelle 1/N est la valeur d'usure correspondant à une coupure d'un courant maximal I, K1 et K2 étant des paramètres caractéristiques du type du disjoncteur. Cette forme de courbe n'est pas impérative, la correspondance entre le courant coupé et l'usure des contacts pouvant être déterminée d'une manière différente. 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 aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique du déclencheur selon l'invention; la figure 2 représente la courbe de variation du nombre de manoeuvres N possibles en fonction de l'intensité du courant coupé I; - la figure 3 est l'organigramme de la fonction de maintenance. Sur la figure 1, un réseau de distribution électrique à 3 conducteurs R, S, T, d'alimentation d'une charge (non représentée) comporte un disjoncteur 10 susceptible d'interrompre le circuit en position d'ouverture. Le mécanisme 12 du disjoncteur 10 est piloté par un relais 14 polarisé de commande de déclenchemement du disjoncteur en cas de surcharge ou de court-circuit. Un contact auxiliaire 16, associé aux contacts principaux du disjoncteur 10 indique la position de ces contacts principaux. A chaque conducteur R, S, T, est associé un transformateur de courant 18 qui délivre un signal proportionnel au courant parcourant le conducteur associé, ce signal étant appliqué à un pont redresseur 20 à double alternance. Les sorties des 3 ponts redresseurs 20 sont connectées en série dans un circuit comprenant une résistance 22, une diode Zener 24 et une diode 26 pour faire apparaître aux bornes de la résistance 22 un signal de tension proportionnel à la valeur maximale du courant parcourant les conducteurs R, S, T et aux bornes des diodes 22, 24, une tension d'alimentation des circuits électroniques. Le signal de tension est appliqué à l'entrée d'un amplificateur 28, dont la sortie est reliée à un convertisseur analogique digital 30. La sortie du convertisseur analogique digital 30 est reliée à une entrée sortie 1 d'un microprocesseur 32. Le microprocesseur 32 comporte de plus une sortie 2 reliée au relais polarisé 14, une entrée 3 recevant les signaux d'une horloge 34, une entrée 4 reliée à un clavier 36, une entrée 6 reliée à une mémoire morte ROM 38, une entrée/sortie 5 reliée à une mémoire non volatile NOVRAM 40, une sortie 7 reliée à un dispositif d'affichage 42 et une entrée 8 reliée au contact auxiliaire 16. Le déclencheur selon la figure 1 assure la fonction de protection, notamment le déclenchement long retard et le déclenchement court retard respectivement lors d'une surcharge et d'un défaut apparaissant dans le circuit des conducteurs R, S, T. Il est inutile de décrire en détail cette fonction de protection précisée dans la demande de brevet français N 85 03159 du 25 février 1985. Le signal numérique représentatif de la valeur maximale du courant dans les conducteurs R, S, T, est appliqué à l'entrée 1 du microprocesseur 32 et comparé à des valeurs de seuils stockées dans une mémoire pour détecter tout dépassement de ces seuils et engendrer un ordre de déclenchement temporisé ou instantané, qui est transmis au relais 14 pour provoquer l'ouverture du disjoncteur 10. Le déclencheur peut bien entendu assurer d'autres fonctions, notamment de protection de terre ou de déclenchement instantané. Selon la présente invention, le déclencheur assure une fonction de maintenance en élaborant et en affichant une valeur représentative du degré d'usure des contacts. Le calcul et les essais ont montré qu'à chaque ouverture du disjoncteur, les contacts s'usent, l'usure étant d'autant plus importante que la valeur du courant coupé est grande. On a représenté à titre d'exemple sur la figure 2 une courbe indiquant le nombre N d'ouvertures du disjoncteur possibles en fonction de la valeur maximale du courant coupé. Cette courbe est bien entendu valable pour un certain type de disjoncteur et on voit qu'après deux coupures de courant supérieures à 64 000 ampères, les contacts sont totalement usés. Si, par contre, les courants coupés sont notablement plus faibles, par exemple compris entre 250 et 500 ampères, l'usure des contacts n'interviendra qu'après 4000 manoeuvres d'ouverture. En tenant compte de l'échelle logarithmique de la figure 2, on voit que la courbe représente sensiblement une fonction exponentielle correspondant à la relation N x I K2= K1, K1 et K2 étant des constantes caractéristiques du type de disjoncteur. Cette courbe est bien entendu une fonction continue, mais la représentation en gradins selon la figure 2 facilite le traitement par microprocesseur. A chaque ouverture du disjoncteur correspond une certaine usure des contacts qui est fonction de la valeur maximale du courant coupé. Cette usure, par exemple représentée par la valeur 100/N se cumule à chaque ouverture du disjoncteur et l'usure totale des contacts est atteinte dans ce cas, lorsque la valeur d'usure atteint le nombre 100. Pour connaître l'état des contacts, il suffit de mesurer à chaque ouverture du disjoncteur la valeur maximale du courant coupé et de déterminer, à l'aide de la fonction représentée à la figure 2 l'usure correspondante des contacts. Par simple addition de ces valeurs d'usure, il est possible de connaître à chaque moment le degré d'usure atteint par les manoeuvres effectuées. Le microprocesseur 32 du déclencheur statique numérique décrit ci-dessus est particulièrement approprié à la réalisation de cette fonction, les capacités du microprocesseur étant généralement surabondantes dans de tels déclencheurs statiques. La correspondance entre les valeurs maximales du courant coupé I et la valeur d'usure 100/N est incorporée dans la mémoire ROM 38 reliée à l'entrée 6 du microprocesseur 32. Dans la mémoire NOVRAM 40 sont additionnées et mémorisées les valeurs d'usure successives et cette valeur mémorisée peut être affichée sur le dispositif d'affichage 42 lors de l'actionnement d'un bouton de maintenance 44 appartenant au clavier 36. L'organigramme représenté à la figure 3 illustre la fonction de maintenance selon l'invention. A l'ouverture du disjoncteur 10, par exemple sur ordre de déclenchement du microprocesseur 32 transmis par le relais polarisé 14 ou par ouverture manuelle par actionnement d'une poignée ou d'une manette, le contact auxiliaire 16 se ferme et envoie un signal sur l'entrée 8 du microprocesseur 32. Ce signal d'ouverture du disjoncteur 10 déclenche le sous-programme consistant à mesurer la valeur maximale I du courant coupé fourni par le convertisseur analogique digital 30 sur l'entrée 1 du microprocesseur 32. Le microprocesseur 32 acquiert de la mémoire ROM 38 la valeur d'usure correspondant à cette valeur maximale I et additionne cette valeur d'usure au contenu de la mémoire NOVRAM 40. Ce programme se déroule à chaque ouverture du disjoncteur 10 et les valeurs d'usure correspondantes sont additionnées dans la mémoire NOVRAM 40. L'affichage du contenu de la mémoire NOVRAM 40 est réalisé par enfoncement d'un bouton 44 du clavier 36 qui déclenche un cycle d'interrogation de la mémoire NOVRAM 40 et de transfert dans le dispositif d'affichage 42 du contenu de cette mémoire 40. L'affichage peut bien entendu être permanent, mais un tel affichage est sans grand intérêt, la surveillance n'intervenant que périodiquement notamment après des déclenchements et des coupures de courant de court-circuit important. Tant que la valeur d'usure affichée reste inférieure à un seuil donné qui, dans l'exemple précité, serait la valeur 100, l'utilisateur est assuré du bon fonctionnement du disjoncteur, les contacts n'étant pas totalement usés. Dès le franchissement de ce seuil, une vérification de l'état des contacts s'impose, cette vérification étant soit réalisée par l'utilisateur lui-même, soit par un spécialiste de maintenance qui, par examen visuel des contacts ou par tout autre moyen, peut obtenir confirmation de l'usure des contacts ou éventuellement constater que l'usure atteinte n'affecte pas encore le bon fonctionnement du disjoncteur. Cette imprécision relève des conditions externes affectant l'usure des contacts et difficilement calculables par le microprocesseur. Une étude plus poussée des facteurs d'usure des contacts peut réduire cette imprécision mais au détriment de la simplicité du dispositif. L'intérêt principal de l'indicateur d'usure selon l'invention est de libérer l'utilisateur de toute contrainte de surveillance et de toute incertitude pendant une période relativement longue. A la fin de cette période, un contrôle s'impose et si l'utilisateur décide le remplacement des contacts, il dispose à nouveau d'une période de même durée avant tout nouvel examen. Au dispositif d'affichage 42, peut bien entendu être associé ou incorporé un dispositif d'alarme signalant le franchissement du seuil d'usure prédéterminé pour signaler à l'utilisateur l'obligation d'un contrôle. Le signal d'alarme peut également provoquer l'ouverture du disjoncteur 10 avec éventuellement une indication de la cause de cette ouverture. Les valeurs de correspondance entre les courants coupés et l'usure des contacts dépendent bien entendu du type de disjoncteur et ces différentes valeurs peuvent être stockées dans différentes mémoires ROM 38, la mémoire appropriée étant associée au déclencheur lors du montage de celui- ci sur le disjoncteur correspondant. Il est également possible d'introduire ces valeurs lors de la programmation du microprocesseur 32. L'ouverture manuelle du disjoncteur 10 en coupant le courant nominal provoque une usure réduite des contacts et dans une installation simplifiée, il est possible de négliger cette usure. Il est alors possible de supprimer le contact auxiliaire 16, le microprocesseur 32 disposant de l'information de déclenchement du disjoncteur 10 qu'il a transmis lui-même au relais polarisé 14. La relation entre la valeur d'usure des contacts et le courant coupé peut également être traduite par une relation mathématique fourni au microprocesseur 32, lequel est alors capable de calculer directement la valeur d'usure. Il est clair qu'on ne sortirait pas du cadre de l'invention en fournissant la valeur maximale du courant coupé directement au microprocesseur 32 par tout moyen approprié ou si le circuit d'élaboration du signal représentatif de la valeur du courant circulant dans les conducteurs R, S, T, étaient d'un type différent. Il est également possible de traiter les fonctions de déclenchement sur défaut et la fonction de maintenance par des microprocesseurs différents si la capacité de traitement d'un seul microprocesseur s'avère insuffisante. REVENDICATIONS 1. Déclencheur statique numérique pour un disjoncteur électrique à contacts séparables comprenant: - des capteurs (18) de courant qui engendrent des signaux analogiques proportionnels aux courants parcourant les conducteurs (RST) protégés par le disjoncteur, - des circuits redresseurs (20) pour redresser lesdits signaux et délivrer un signal continu analogique représentatif de la valeur maximale desdits courants, un convertisseur analogique digital (30) ayant une entrée recevant ledit signal analogique et une sortie délivrant un signal numérisé échantillonné correspondant, - un ensemble de traitement numérique à microprocesseur (32), auquel est appliqué le signal numérisé pour assurer une fonction de déclenchement long retard (LR) et pour une fonction de déclenchement court retard (CR) et qui élabore un ordre de déclenchement du disjoncteur, lors d'un dépassement de seuils prédéterminés, ledit ordre étant temporisé en fonction de la valeur du signal, - et un moyen de déclenchement (12, 14) du disjoncteur activé par ledit ordre de déclenchement, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de la valeur maximale du courant coupé à chaque ordre d'ouverture du disjoncteur, un dispositif d'élaboration, à chaque ordre d'ouverture d'une valeur d'usure en fonction de ladite valeur maximale du courant et représentative de l'usure des contacts, due à la coupure dudit courant, un dispositif de sommation et de stockage dans une mémoire (40) desdites valeurs d'usure et un affichage (42) de la valeur d'usure stockée dans ladite mémoire (40) constituant un indicateur du degré d'usure desdits contacts. 2. Déclencheur statique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'élaboration et le dispositif de sommation et de stockage sont inclus dans ledit microprocesseur (32) qui comporte une mémoire non volatile NOVRAM (40) qui est incrémentée à chaque ouverture du disjoncteur de ladite valeur d'usure correspondante. 3. Déclencheur statique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite valeur d'usure à chaque ordre de K2 déclenchement est déterminé par une relation de la forme K1 = I N dans laquelle I est la valeur maximale du courant coupé, K1 et K2 des constantes dépendant du type de disjoncteur et 1/N ladite valeur d'usure. 4. Déclencheur statique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (16) d'ouverture des contacts du disjoncteur (10) qui provoque une interruption du microprocesseur (32) au cours de laquelle la valeur d'usure correspondante est élaborée et additionnée dans ladite mémoire NOVRAM (40). 5. Déclencheur statique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une commande (44) d'interrogation dudit microprocesseur (32) pour une interrogation et un affichage de la valeur d'usure stockée dans ladite mémoire NOVRAM (40). 6. Déclencheur statique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de signalisation et/ou d'alarme devenant actif lorsque la valeur d'usure stockée dépasse un seuil prédétermine. 7. Déclencheur statique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de signalisation est agencé pour provoquer le déclenchement du disjoncteur (10).