Brevet FR2622748A1 — publié le 19890505

La présente invention concerne les appareils électriques de protection niagnétothermique et différentielle, du type comprenant un dispositif. de détection de courants différentiels, associé a un interrupteur de protection magnEtother- moque. Les appareils électriques de protection du type cidessus sont généralement destinés a des installations industrielles de distribution d'énergie électrique à basse tension triphasée. Dans un tel domaine d'application, on connaît dés appareils muraux constitues d'instruments de mesure installés en série par rapport a l'installation de-distribution électrique et destinée 9 vérifier, avant l'installation d'un appareil de protection, la présence de courants différentiels dits de dispersion. De tels instruments de mesure, tout en répondant sensiblement au but visé et en intégrant diverses fonctions de détection de pannes électriques, sont dotés uniauement d'un avertisseur lumineux d'alarme actionné par le franchissement d'une valeur préfixée de seuil concernant la grandeur électrique à mesurer. De tels instruments ne permettent par conséquent pas une mesure quantitative du courant de dispersion et ne permettent pas non plus d'éviter des interventions intempestives de l'appareil de -protection. La technique connue propose, par ailleurs, l'emploi d'instruments de mesure portables, du type dit contrôleur, au moyen desquels sont effectuées diverses vérificatons de con formité de l'installation électrique aux normes de sécurité en mesurant aussi les courants de dispersion. Toutefois, les instruments de mesure-de ce dernier type ont l'inconvénient du au fait qu'ils ne sont pas intégrables à l'appareil de protection, ce qui ne permet d'effectuer qu;un contrle intermittent de l'état de'l.'installat9n-élec- trique. Par ailleurs, les dispositifs électroniques de détection associés aux appareils de protection précédemment in diqués, sont branchés en aval de l'interrupteur de protection par l'intermédiaire d'un électro-aimant agissant sur les mécanismes d'interruption de l'interrupteur lui-même. Outre qu'il provoque l'ouverture de l'interrupteur, cet électro-aimant permet de protéger le dispositif électronique de détection dans le cas de surtensions dans l'intallation de distribution électrique ou dans le cas d'un oourt-circuit dans le dispositif lui-même, mais il présente toutefois l'inconvénient de ne pas être opérationnel dans le cas où survient une interruption de la phase électrique d'alimentation. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un appareil électrique de protection magnétothermique et différentielle qui ait des caractéristiques structurelles et fonctionnellespermettant d'effectuer une détection et une mesure quantitative des courants différentiels d'une installation de distribution d'énergie électrique, en remédiant aux inconvénients cités à l'égard des appareils de la technique connue. A cet effet, l'invention a pour objet un appareil electrique de protection magnétothermique et différentielle du type comprenant un interrupteur automatique de protection pourvu de mécanismes d'interruption commandés par électro-aimant asservi à un dispositif électronique de détection des courants différentiels présents dans une installation de distribution d'énergie électrique à basse tension triphasée, caractérisé en ce que l'électro-aimant comprend un premier enroulement et un second enroulement indépendants sur le plan structurel et branches respectivement entre une première tension de phase et une seconde tension de phase dudit système triphasé et une entre correspondante d'un circuit d'alimentation de dispositif électronique de détection. D'autres caractéristiques et avantages de'l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels - la fig. 1 représente un schéma-blocs d'un appareil de protection conforme à l'invention, - la fig. 2 représente un schéma électrique d'une partie de cet appareil de la fig. 1, et - la fig. 3 représente un schéma électrique d'une autre partie de cet appareil de la fig. 1. Sur ces figures, la référence 1 désigne dans son ensemble et de manière schématique un appareil électrique de protection à courants différentiels Id, d-its de dispersion, présents dans une installation de distribution d'énergie électrique à basse tension triphasée. Une telle installation comprend des conducteurs de phase classiques R, S et T et un conducteur neutre N qui constituent une ligne tétrapolaire 44 pour un systole de tensions triphasées destiné à alimenter des charges électriques, non représentées dans la mesure où elles sont classiques, dans un domaine de valeurs de r0 à 500 volts en courant alternatif. L'appareil 1, branché en série avec l'installation de distribution tétrapolaire, comprend un interrupteur auto matique de protection magnétothermique et différentielle 3 interposé en serie sur la ligne 44 et auquel est associé un dispositif 2 de détection des courants différentiels Id considérés. L'appareil 1 comprend de nombreux composants Elec- troniques décrits de manière détaillée par la suite et alimentée par un circuit d'alimentation 4 relié à l'entrée aux conducteurs R, S et T du système triphasé de tensions. Le circuit d'alimentation 4 offre à la sortie deux piles de tension respectivement positive et négative, indiquée par VC et v E et de valeurs égales à 10 et -7,5 volts. Ce circuit d'alimentation 4 est réalisé de façon à maintenir non modifiée-sa propre capacité de forctionnement même si venait à manquer l'une des trois tensions de phase. Plus particulie- rement, ce circuit d'alimentation 4 comprend à l'entrée un cir cuit en pont 10 triphasé constitué de six diodes formant deux circuits en pont de diodes 11 et 12 ayant en commun deux de ces diodes. Ce circuit d'alimentation 4 est relié à l'entrée aux conducteurs de phase R, S et T en aval de l'interrupteur 3 et par l'intermdiaire d'un électro-aimant 5 destiné à ac tionner les mécanismes d'interruption de l'interrupteur 3 lui même par le jeu de son propre noyau mobile 6. L'électro-aimant 5 comprend un premier enroulement 7 et un second enroulement 8 indépendants l'un de l'autre sur le plan structurel et connectés respectivement entre le con ducteur de phase R et une entrée 13 du premier circuit en pont 11 et entre le conducteur de phase S zt une entrée 14 du se cond circuit en pont 12. La seconde entrée 15 de l'un et l'au tre de ces circuits en pont de diodes 11 et 12 est directement reliée au troisième conducteur de phase T Le dispositif de détection 2 comprend un transfor mateur toroldal 9 à caractéristiques magnétiques élevées qui entoure les conducteurs de phase R, S et T et le conducteur neutre N afin de détecter les déséquilibres de courant entre ceux-ci en présence de courants de dispersion Id vers la ter re. Ce transformateur 9 possède un enroulement 16 ayant une extrémité reliée au pôle positif VC par l'intermédiaire d'une résistance R1 et son extrémité opposée reliée par l'intermé diaire de résistance R2 et R3 à un contact 20 d'un bouton poussoir d'essai 21 qui est articulé sur une borne 23 reliée au pôle négatif VE et est mobile d'une première position au contact de la borne centrale 18 d'un sélecteur 24 à une secon de position associée au contact 20. Un amplificateur opérationnel Al a une sortie cou plée à son entrée non-inverseuse par l'intermédiaire de la ré sistance R2, cette entrée non-inverseuse étant en outre re liée au pale VC par l'intermédiaire d'une résistance R4 et au contact 20 par l'intermédiaire de la résistance R3. La sortie de l'amplificateur AI est en outre couplée à son entrée inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance R5 ; cette entrée 9 comprend en outre un enroulement secondaire 17 présentant environ mille spires et qui constitue un détecteur pour lesdits courants différentiels Id et a une extrémité reliée à un circuit amplificateur de signal 30. Une extrémité de cet enroulement secondaire 17 est en outre reliée à la borne 23 du bouton-poussoir d'essai 21 par l'intermédiaire d'une première résistance'RS1 d'un groupe de quatre résistances d'un diviseur à résistances formant le sélecteur 24. Le circuit amplificateur 30 est du type à gain réglable de manière asservie à ce sélecteur-diviseur 24 dans lequel les résistances restantes RS2, RS3 et RS4 ont chacune une extrémité reliée à l'enroulement secondaire 17 et une ex trémité opposée libre de recevoir le contact mobile 19 associé à la borne centrale 18 de ce sélecteur 24. La sortie du circuit amplificateur 30 est reliée, soit à l'entrée d'un circuit 32 détecteur de seuil des courants différentiels, soit à l'entrée d'un circuit 31 de détermination de crête du signal à la sortie. La sortie du circuit détecteur 32 est reliée à l'entrée d'un circuit de commande de déclenchement 33 destiné à actionner à l'ouverture l'interrupteur 3 à la suite de la détection d'un courant différentiel de valeur supérieure à un seuil préfixé. La sortie du circuit de détermination de crête 31 est par contre reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension 34, à l'entrée d'un circuit pilote 35 de voyants à diodes électroluminescents indiqués oar les références 36 à 40. De manière plus précise, le circuit amplificateur 30 précité comprend un amplificateur opérationnel A2 ayant une entrée inverseuse reliée par l'intermédiaire d'une résis- tance R7 à une extrémité- du secondaire 17 du transformateur 9 et ayant en outre son entrée non inverseuse reliée à l'autre extrémité de cet enroulement 17, ainsi qu'à la masse. La sortie de l'amplificateur A2 est couplée l'entrée inverseuse par l'intermédiaire du montage en parallèle d'une résistance R8 et d'une paire de diodes Zener Z1 et Z2 montees en opposition. Cette sortie de l'amplificateur A2 est en outre reliée à l'entrée d'un pont 41 de résistances R9, R10, R11 et R12 relié à la sortie à un second amplificateur opérationnel A3. En-parallèle sur la résistance Rîl de ce pont 41, il est prévu un couple de diodes D1 et D2 entre lesquelles est branchée la sortie d'un troisième amplificateur opérationnel A4 ayant son entrée inverseuse branchée entre les résistances R9 et Rîl du pont 41 et son entrée non-inverseuse à la masse. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur opérationnel A3 est aussi mise à la masse et sa sortie est directement reliée à la base B1 d'un transistor T1 de type pnp ayant son émetteur El relié à cette base B1 par l'intermédiaire d'une diode D3 et à l'entrée inverseuse de ce même amplificateur A2. Le collecteur C1 du transistor T1 constitue la sortie du circuit amplificateur 30 et est directement relié à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel A5 faisant partie du détecteur de seuil 32. Cet amplificateur A5 est branché électriquement entre le pôle positif Vc et le pôle négatif VE et a son entrée inverseuse elle-même reliée au pôle négatif Par l'intermédiaire du montage en parallele d'un condensateur C6 et d'une résistance RS.L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur A5 est reliée, soit à la masse, par l'intermédiaire d'une résistance R13, soit au pôle négatif VE, par l'intermédiaire d'une résistance R14. La sortie de l'amplificateur A5 constitue la sortie du circuit détecteur de seuil 32 et est reliée par l'intermédiaire d'une résistance variable RT à l'entrée inverseu se d'un amplificateur opérationnel A6 faisant partie du circuit de commande de déclenchement 33. Cet amplificateur A6 a son entrée inverseuse reliée en outre, soit au pôle positif VC par l'intermédiaire du montage en parallèle d'un condensateur C8 et d'une résistance R15, soit au pôle négatif VE par l'intermédiaire a'une résistance R16. Par ailleurs, la sortie de cet amplificateur A6 est couplée. sur son entrée non-inverseuse par l'intermédiaire d'une résistance R17 cette entrée est mise en outre à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R18. La sortie de cet amplificateur est en outre reliée au pôle Vc par l'intermédiaire d'une résistance R19 et à la base B2 d'un transistor T2 de type npn ayant son émetteur E2 relié au pôle VE et son collecteur C2 relié au pôle VC par l'intermédiaire d'une diode D5. Entre ce collecteur C2 et le pôle Vc, il existe un circuit de commande 42 constitué par un redresseur commandé au silicium ScR qui est destiné à court-circuiter le circuit en pont triphasé 10 du circuit d'alimentation 4. Plus précisément, le redresseur 42 présente une entrées de grille G destinée à recevoir un signal de front de détection d'un courant différentiel Id de valeur supérieure au seuil d'intervention la réception d'un tel signal sur l'entrée G, le redresseur 42 court-circuiteles entrées du circuit d'alimentation 4. D'une manière avantageuse, le circuit de détermination de crete 31 comprend une diode D4 reliée au pôle négatif VE par l'intermédiaire d'un condensateur C7. Entre la diode D4 et le condensateur C7 et une entrée I1 du circuit pilote 35, il existe une résistance R20. Entre l'entrée I1 et le pâle négatif VE, il existe une autre résistance R21 qui constitue avec la résistance R20 précitée le diviseur de tension 34. Le circuit pilote 35 comprend d'autres entrées 12 et~13 respectivement reliées aux pâles positif VC et négatif VE et il présente en outre plusieurs sorties indiquées par les repères 14 à 18 et reliées chacune à l'un des voyants à diode électroluminescente 36, 37, 38, 39 et 40. Ces voyants sont branchés en série entre eux, le dernier 40 étant en outre relié au pôle négatif VE L'appareil 1 conforme à l'invention est en outre pourvu d'un circuit sélecteur 43 constitué par un autre diviseur à résistance et à l'aide duquel s'effectue la régulation du retard d'intervention de l'interrupteur 3 à l'ouverture. Le fonctionnement de l'appareil conforme à l'invention est le suivant. Le secondaire 17 du transformateur 9 relève le déséquilibre de courant entre les conducteurs de phase R, S et T et le conducteur neutre N en présence d'une dispersion d'un courant différentiel Id vers la terre. Le signal détecté par le secondaire 17 se trouve amplifié à l'aide du circuit amplificateur 30 et envoyé à l'entrée du circuit détecteur de seuil 32 qui, dans le cas où le courant différentiel dépsasse un seuil préfixé, envoie un signal à l'entrée du circuit de commande de déclenchement 33 qui active le redresseur 42. A la suite de l'intervention de ce redresseur 42, le circuit en pont triphasé 10 du circuit d'alimentation 4 se trouve court-circuité et la tension d'alimentation de phase se trouve directement appliquée sur les enroulements 7 et 8 de l'électro-aimant 5 qui actionne l'interrupteur 3 à l'ouverture. La structure particulière et les branchements des enroulements de 1 'électro-aimant 5 permettent à celui-ci de pouvoir travailler même si l'une des tensions de phase manque. C'est ainsi par exemple que, si, en raison d'une panne, il manque la tension de phase sur le conducteur , l'enroulement 8 de l'électro-aimant 5 demeurerait quoi qu'il en soit alimenté, et par suite de méme le circuit d'alimentation 4 du dispositif 2. La valeur de seuil du courant dtintervention est modifiable, à l'aide du sélecteur 24, en vue de détecter des courants différentiels de 30mA ; pour des courants d'une valeur aussi basse, on laisse le contact mobile 19 du sélecteur 24 en position d'ouverture. Le signal présent à la sortie du circuit amplificateur 30 est ensuite appliqué à entrée du circuit détecteur 31 qui extrait la valeur de crête de ce signal à envoyer, par l'intermédiaire du diviseur de tension 34, à l'entrée Il du circuit pilote 35 qui commande 1' allumage des voyants à diode électroluminescente. Le circuit 35 est conçu de façon telle que les voyants 36 à 40 s'allument progressivement avec l'augmentation du courant différentiel détecté, et par incréments d'environ 15 % de celui-ci, Par conséquent, la première diode électroluminescente 36 s'allume pour des valeurs de Id égales à 15 % de la valeur de seuil imposée à l'aide du sélecteur 24, tandis que la seconde diode électroluminescente 37 s'allumera pour des valeurs de courant différentiel égales à 30 % de la valeur de seuil, et ainsi de suite jusqu'à ce que l'allumage de l'ensemble des cinq diodes électroluminescentes indique qu'est atteinte une valeur de courant égale à 75 % par rapport au seuil d'intervention. Les normes C. E. I. (Comité Electrotechnique Italien) prévoient que l'intervention de protection différentielle se trouve commandée lors de la détection d'un courant de dispersion compris entre 50 g et 100 % du seuil préfixé. I1 en résulte que l'allumage des trois premières diodes électroluminescentes 36, 37 et 38 correspond à la détection d'un courant différentiel inférieur au seuil dtinter- vention de la protection différentielle établi:par les normes C. E. I. L'allumage de la quatrième diode électroluminescente 39 signale la possibilité d'intervention de la protection, tandis que la cinquième diode électroluminescente 40 indique que l'appareil 1 a atteint les limites de la zone d'intervention de protection. En agissant extérieurement sur le selecteur 24, on modifie la valeur de seuil du courant d'intervention en adaptant automatiquement la sensibilité de l'appareil 1 et du circuit pilote 35 des voyants. L'appareil conforme à l'invention a le grand avantage de permettre une mesure quantitative des courants différentiels en intégrant de manière homogène les fonctions de protection, de régulation et signalisation. En donnant des couleurs appropriées aux voyants, on facilite en outre la tache de l'installateur qui peut déterminer la valeur la plus appropriée du seuil d'intervention de la protection différentielle par rapport aux caractéristiques de dispersion de l'installation électrique sur laquelle s'effectue le montage de l'appareil. Par ailleurs, l'appareil conforme à l'invention a le grand avantage de maintenir ses pleines capacités de fonctionnement même si vient à manquer l'une quelconque des tensions de phase d'alimentation, tandis que le fait de placer l'electro-aimant de déclenchement en amont du dispositif de détection différeritielle permet de maintenir protégé ce dispositif électronique en cas de surtensions dans la ligne d'alimentation électrique. REVENDICATIONS 1. Appareil électrique de protection magnétothermique et différentielle (1) du type comprenant un interrupteur automatique de protection (3) pourvu de mécanismes d'interruption commandés par un électro-aimant (5) asservi & un dispositif électronique (2) de détection des courants différentiels (Id) présents dans une installation de distribution d'énergie électrique basse tension triphasée, caractérisé en ce que l'electro-aimant (S) comprend un premier enroulement (7) et un eecond enroulement (8? indépendants sur le plan structurel et branchés respectivement entre une première tension de phase (R) et une seconde tension de phase (S) dudit système triphasé et une-entrée correspondante d'un circuit d'alimentation (4) du dispositif électronique de détection (2). 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (4) comprend à l'entrée un circuit en pont triphasé (10) constitué par un premier (11) et un second (12) circuits en pont de diodes présentant chacun une entrée (13, 14) reliée à l'un desdits enroulements (7, 8).