Brevet FR2643195A1 — publié le 19900817

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN CIRCUIT OU RESEAU ELECTRIQUE A L'AIDE D'UN DISJONCTEUR A COURANT DIFFEREN TIEL La présente invention concerne un dispositif pour la protection d'un circuit ou réseau électrique à l'aide d'un disjoncteur à courant différentiel et des moyens de commande agencés pour actionner le disjoncteur, comportant - un organe de coupure d'un groupe de conducteurs électriques alimentant ledit circuit ou réseau électrique, - un déclencheur électromagnétique commandant l'ouverture de l'organe de coupure, - au moins une bobine disposée à proximité du groupe de conducteurs et délivrant un courant à un premier enroulement du déclencheur en cas dc courant différentiel dans ce groupe. t'invention concerne également un procédé pour protéger un circuit électrique par un tel disjoncteur à courant différentiel. Il est connu de protéger un réseau électrique en commandant automatiquement une coupure de son alimentation, au moyen d'un disjoncteur, essentiellement pour assurer la sécurité des usagers et des appareils alimentés par le réseau, mais aussi pour éviter un dépassement de consommation d'énergie par rapport à l'abonnement souscrit. Cette coupure se fait en fonction de surintensités constatées dans le réseau et/ou d'un courant différentiel a' la terre. Dans ce type classique de protection, la coupure ne se fait que lors de la détection effective d' un des deux défauts mentionnés ci-dessus, à savoir une surintensité ou un courant différentiel. Cette détection survient malheureusement de manière tardive, étant donné que les deux défauts, à savoir la surtension et le courant différentiel à la terre se produisent à un moment où le phénomène qui les a engendrés est irréversible. La protection classique est une protection tardive destinée à limiter les conséquences d'un incident ou d'un accident local.En revanche, la présente n'. ention a pour but d'assurer une meilleure protection des personnes et des biens, en réalisant une coupure électrique préventive dés que ies conditions åtu.ilisa.ion de l'électricité s'avèrent dangereuses, avant mérr,e que les défauts électriques mentionnés ci-dessus n'apparaissent. Dans ce but, le dispositif selon l'invention, telle que définie en préambule, est caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent au moins un capteur fournissant un signal représentatif d'une grandeur physique autre qu'un courant différentiel, ces moyens de commande étant agencés pour actionner le disjoncteur lorsque les valeurs de la grandeur physique sortent d'une gamme de valeurs prédéterminées. e un tel disoncteur, la coupure peut être faite en fonction de toutes sortes de grandeurs physiques ayant ou non un effet direct sur le réseau et sur son lonctionnement. Par exemple, le capteur peut être intégré à un détecteur de température, de gaz, de fumées ou d'inondations. Ces caractérlstiques comprennent aussi une surtension ou une sous-tension permanente de réseau. défauts qui n'engendrent pas nécessairement un dépassement d'intensité nominale ou une intensité différentielle, mais qui peuvent occasionner des dégâts aux matériels électriques.On sait qu'une surtension peut abréger la durée de vie de tout matériel electrique. et a sous-tension celle d'un groupe frigorifique, sans qu'il y ait coupure de itaiimentation électrique avec un disjoncteur classique. Dans une première forme de réalisation, les moyens de commande comportent un module électronique de commande du disjoncteur et d'isolation galvanique monté entre le capteur et le disjoncteur. Selon un mode de réalisation avantageux ce module électronique est intégré au disjoncteur. Ce module électronique peut également être extérieur au disjoncteur et il peut également être équipé de bornes de raccordement pour connecter ce module, ce dernier étant agencé pour provoquer un courant différentiel dans le groupe de conducteurs, en fonction du signal fourni par le capteur. Dans une forme de réalisation particulière, les moyens de commande sont agencés pour délivrer un courant dans un second enroulement du déclencheur. Ledit second enroulement du déclencheur est de préférence associé à des bornes du disjoncteur, et ces bornes sont connectées à un capteur. Ce capteur est de préférence connecté auxdites bornes du disjoncteur. Ce capteur peut également être connecté à ces bornes par l'intermédiaire dudit module électronique de commande du disjoncteur et dtisolation galvanique. Dans le cas où lue groupe ae conducteurs comprend un conducteur supplémentaire formant à travers un interrupteur, une liaison électrique entre deux des conducteurs pour créer un déclenchement par courant différentiel, lesdits moyens de commande comportent avantageusement un module électronique comprenant ledit interrupteur ou un autre interrupteur monté en parallèle avec lui. Dans une seconde forme de réalisation, lesdits moyens de commande comportent une unité émettrice et une unité réceptrice, L'unité émettrice étant associée à un capteur. L'unité réceptrice peut être intégrée au disjoncteur. Elle peut également être connectée à des bornes de raccordement du disjoncteur. Dans une troisième forme de réalisation avantageuse, les moyens de commande comportent un module de déclenchement enfichable sur le réseau et couplé à un capteur. Le module de déclenchement peut comporter un circuit de dérivation connecté à la terre et à au moins l'un des conducteurs du réseau, ce circuit comportant au moins un interrupteur dont l'état est commandé en fonction du signal fourni par le capteur. Le module de déclenchement peut être connecté au réseau par une prise conventionnelle. Le capteur peut avantageusement être intégré à un détecteur de température, de gaz, de fumées ou d'humidité. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on détecte de manière continue ou périodique une grandeur physique du circuit ou de son environnement et en ce que, si ladite grandeur sort d'une gamme de valeurs ou d'états admissibles, on provoque dans le disjoncteur un courant difrérentiel suffisant pour le déclencher, de manière à couper l'alimentation du circuit. Ladite grandeur peut être notamment une tension ou une intensité de courant dans le circuit. Dans ce procédé, on peut prévoir de provoquer le courant difiérentlei uniquement si ladite grandeur sort des valeurs admissibles pendant une durée supérieure à une durée prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de drivers exemples de réalisation. en référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure I est un schéma électrique montrant une première forme d'un dispositif selon l'inBention. la figure 2 est un schéma électrique d'une autre forme de réalisation de i'in\-ent:or,. et la figure 3 représente deux variantes de conception du module électronique. En référence à la figure I. un disjoncteur I à courant différentiel possède trois bornes d'entrée 2, 3. 4 raccordées à un réseau d'alimentation électrique, par exemple un réseau à tension alternative de 220 v comprenant un conducteur de phase P, un conducteur neutre N et une ligne de terre T. A la sortie du disjoncteur 1, trois bornes correspondantes 5, 6, 7 sont destinées à être raccordées à un réseau 8 que le disioncteur I protège. Il peut s'agir aussi bien d'un sous-réseau de distrlbution que d'un simple appareil consommateur de courant. Le disjoncteur I peut être complété par un disjoncteur de surintensité (non représenté) qui lui est intégré ou séparé. De manière classique, le disjoncteur 1 est traversé par trois conducteurs 11, 12, 13 correspondant respectivement à la phase P, au neutre N et à la terre T, et reliant les bornes d'entrée aux bornes de sortie. Les deux conducteurs Il et 12 traversent un organe de coupure 14 appelé "serrure", commandé par un déclencheur électromagnétique 15 pourvu de deux enroulements 16 et 17. L'enroulement 16 est connecté à une bobine IS montée autour d'un tore 19 traversé par les conducteurs 11 et 12, ainsi que par un conducteur de test 20 dont les extrémités sont reliées respectivement aux conducteurs Il et 12 de part et d'autre du tore 19. En aval du tore 19, le conducteur 2G traverse une résistance 22 et un interrupteur de test 23. Des bornes de connexion 24, 25 du disjoncteur I sont reliées au conducteur 20 de part et d'autre de la résistance 22. Une borne de connexion 26 est couplée au conducteur 12. Avec ce montage connu, un courant différentiel suffisant entre d'une part les conducteurs Il et 20 et d'autre part le'conducteur 12 , a pour conséquence d'induire dans l'enroulement 18 une tension qui crée un courant dans l'enroulement 16 qui ouvre la serrure 14 par le déclencheur 15. On peut tester manuellement ce fonctionnement en fermant l'interrupteur de test 23. Lne idée de base de la présente invention consiste à adjoindre à un tel disjoncteur des moyens de commande constitués par des modules électroniques actionnés par des capteurs, dans le but de couper l'al mentation électrique du réseau 8 si la grandeur physique à laquelle réagit un capteur sort d'une gamme de valeurs ou d'états admissibles, c est-a-dire s'il y a un danger potentiel pour le réseau 8. Dans l'exemple représenté, un module électronique 30 est interposé entre un capteur 31 et les bornes 24 à 26 du disjoncteur 1. Cette unité est un module d'interface classique destiné soit à court-circuiter l'interrupteur 23 entre les bornes 25 et 26, grâce à un Interrupteur électronique incorporé au module 30, soit à générer entre les bornes 24 et 26 un courant légèrement supérieur à la sensibilité du système tore/déclencheur. Dans ce dernier cas, on a l'avantage de pouvoir effectuer une disjonction même sous tension réduite. Le module 30 est représenté par la figure 1 séparé du disjoncteur 1, mais il peut évidemment lui être incorporé. La seule installation supplémentaire par rapport à un réseau classique est dans ce dernier cas celle du capteur 31 et de sa ligne de liaison 32 à l'unité électronique du disjoncteur. Le module 3G illustré par la figure 3 peut exister en deux variantes, I'une à connecter entre les bornes 25 et 26, l'autre entre les bornes 24 et 26. La première variante est destinée à être intégrée dans le disjoncteur électrique 1, ou peut être raccordée à ce dernier grâce à des bornes spécifiques. Plus particulièrement, cette variante peut être greffée directement en parallèle sur le bouton de test 23. Selon cette forme de réalisation, le module électronique 30 comporte un pont redresseur 70 qui redresse le signal alternatif présent à cet endroit et qui maintient en charge un condensateur 71 à l'aide d'une résistance 72 et d'une diode 73. La tension de ce condensateur est stabilisée par une diode mener 74. Un transistor 75, par exemple du type MOS, mais qui pourrait être remplacé sans inconvénient par un transistor bipolaire ou tout autre dispositif de commutation à semiconducteur, est monté entre les bornes de sortie du pont redresseur 70. Il est bloqué par une résistance 76 qui réunit grille et source. Un condensateur 77 joue le rôle d'antiparasite.Lorsque survient une information de commande sur la ligne 32 du capteur 31, un photocoupleur 78, permettant de réaliser une isolation galvanique, se met en conduction et applique la tension de charge du condensateur 71 à la grille du transistor 75. Une résistance 79 assure une limitation de l'intensité dans le primaire du photocoupleur et une diode SO. dont l'emploi est facultatif. et destinée à assurer un fonctionnement correct de la commande lorsque le capteur 31 est à sortie capacitive. Pour des installations existantes classiques, à configuration classique de disjoncteur, à savoir sans accès au bouton de test 23, le module se présentera sous sa deuxième variante et sera câblé entre la phase et la terre du tableau électrique, c'est à dire entre les bornes 24 et 7. Ce module est sensiblement le même que celui décrit ci-dessus à l'exception des deux modifications ci-dessous qui peuvent être introduites au choix - une résistance 81 placée sur la ligne de raccordement du pont à la borne 24, et qui a la même valeur que la résistance 22.Elle a pour but de créer un courant de défaut adéquat et compatible avec la sensibilité du disjoncteur électrique, - une résistance 82 est montée dans la source du transistor 75 qui devient alors un circuit à courant constant dont la valeur doit être égale au courant différentiel de déclenchement, et qui permet notamment un déclenchement sous faible tensian réseau. La figure 1 montre également une autre variante de commande du disjoncteur I par un capteur 34 ou par le capteur 31, agissant cette fois sur le second enroulement 17 du déclencheur 15 sans qu'il soit nécessaire de créer un courant différentiel dans le tore 19. Les bornes 35 et 36 de l'enroulement 17 sont connectées par des lignes 37, 38 au capteur 34 ou a une unité électronique qui lui est associée. Dans une variante représentée en traits interrompus, le module 30 peut également être relié par des conducteurs 39, 45 aux bornes 35, 36 pour actionner le déclencheur 15 de la même manière, en fonction des indications du capteur 31. Il va de soi que le second enroulement 17 du déclencheur peut aussi être commandé par un détecteur de surintensité ou de sous-intensité, associé au disjoncteur 1. La figure 2 représente un disjoncteur classique à courant différentiel 41 qui est pratiquement identique au disjoncteur 1, sauf que son déclencheur 15 peut être dépourvu du second enroulement 17. Contrairement aux exemples précédents, le disjoncteur 41 n'est pas commandé le cas échéant par des lignes spécialisées le reliant à une unité électronique associée à des capteurs, mais directement via les lignes du réseau 8 qu'il protège. Deux exemples sont représentés dans cette figure. Dans le cas où le réseau 8 comprend une ligne de terre distribuée 44 en plus d'un conducteur de phase 42 et d'un conducteur neutre 43, on peut lui raccorder directement un module électronique 45 associé à un capteur 46 qui peut être intégré soit au module 45, soit extérieur et relié par une ligne isolée 47. Le module électronique 45 est branché au réseau 8 directement sur une prise de courant 48 à trois bornes 49, 5tO et 51. Le module 45 comporte deux résistances 52, 53 dont chacune est montée en serin respectivement avec ur- interrupteur 54, 55 raccordé au conducteur de terre 44 à travers la prise 48, qui raccorde la résistance 52 à la phase 42 et la résistance 53 au neutre 43.Le module 45 est rendu actif par un signal qu'il reçoit du capteur 46 et qui ferme les deux interrupteurs 54, 55. La valeur de la résistance 52 est telle qu'elle laisse passer dans le conducteur de phase 11, 42 un courant différentiel supérieur au seuil de sensibilité du disjoncteur 41, ce qui entraîne la coupure de l'alimentation par ouverture de la serrure 14. La résistance 53 est prévue uniquement pour le cas où la connexion des résistances 52. 53 aux conducteurs 42. 43 serait inversée. L'enclenchement des résistances par les interrupteurs 54, 55 peut être soi permanent soit intermittent.Ce dernier cas est éxentuellement à envisager en regard de la sécurité des personnes et de l'échauffement dans la résistance 53, dans l'hypothèse où, par suite d'une céfaillance. le courant différentiel n'aurait pas créé un déclenchement. La figure 2 montre également une unité émettrice 56 relié à un capteur 57 grâce à une ligne 5S, par branchement sur une partie du réseau 8 où la ligne de terre 44 n'est pas distribuée. L'unité 56 comporte un émetteur à haute fréquence 59 qui est branché directement à une prise de courant 65 du réseau S. plus précisément à deux bornes 61, 62 raccordées respectivement à la phase 42 et au neutre 43. A la réception drun signal approprié du capteur 57, L'unité émettrice 56 actionne l'émetteur 59, qui envoie dans le réseau S et dans le disjoncteur 41 une Information codée. Pour exploiter cette information, le disjoncteur 41 est associé à une unité réceptrice de décodage 64 qui est connectée aux bornes 24 à 26 comme le module 30 de la figure I et qui remplit sensiblement les mêmes fonctions.Le cas échéant, L'unité 64 pourrait aussi agir sur le second enroulement 17 (voir figure 1) du déclencheur 15. On remarque que la commande du disjoncteur à partir des capteurs 46, 57 directement à travers le réseau ne demande qu'un minimum de câblage, puisque les modules électroniques associés aux capteurs sont branchés directement au réseau 8, éventuellement sur des prises pré-existantes. Ainsi l'invention permet de compléter à très peu de frais, sans changer le disjoncteur 41, la protection d'un réseau existant. Les capteurs 31, 34, 46, 57 peuvent varier au vu de leur nombre et de leur type, selon les fonctions à remplir et les caractéristiques physiques qu'ils doivent détecter et qui peuvent être, par exemple, une température dans un local ou dans un appareil, I'hygrométrie, la présence de gaz particuliers ou de fumées, un état d'inondations, etc... Si l'un de ces capteurs est du type capteur de sous-tension ou de surtension, il consiste en un montage électronique qui analyse la tension présente entre les bornes 24 et 26, 49 et 50, ou 61, 62 selon le cas. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus, mais peut subir toutes modifications ou se présenter sous toutes variantes évidentes pour l'homme de l'art, dans le cadre défini par les revendications. Revendications 1. Dispositif pour la protection d'un circuit ou réseau électrique comprenant un disjoncteur automatique à courant différentiel (1. 41; et des moyens de commande agencés pour actionner le disjoncteur, ce disjoncteur comportant - un organe de coupure d'un groupe de conducteurs électriques alimentant ledit circuit ou réseau électrique, - un déclencheur électromagnétique commandant l'ouverture de l'organe de coupure, - au moins une bobine disposée à proximité du groupe de conducteurs et délivrant un courant à un premier enroulement du déclencheur en cas de courant différentiel dans ce groupe, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent au moins un capteur (31, 34, 46. 57) fournissant un signal représentatii d'une grandeur phn siqlie autre qu'un courant différentiel, ces moyens de commande étant agencés pour actionner le disjoncteur lorsque les valeurs de la grandeur physique sortent d'une gamme de valeurs prédéterminées. 2. Dispositif selon ia revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent un module électronique (30) de commande du disjoncteur et d'isolation galvanique monté entre le capteur (31) et le disjoncteur (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit module électronique (30) est intégré au disjoncteur (1). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit module électronique (30) est extérieur au disjoncteur (1) et en ce que ce disjoncteur est équipé de bornes de raccordement (24, 25, 26) pour connecter ce module, ce dernier étant agencé pour provoquer un courant différentiel dans le groupe de conducteurs, en fonction du signal fourni par le capteur -(31). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour délivrer un courant dans un second enroulement (17) du déclencheur (15). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit second enroulement (17) du déclencheur (15) est associé à des bornes (35, 36) du disjoncteur, et en ce que ces bornes sont connectées à un capteur (34, 31). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur (34) est directement connecté auxdites bornes (35, 36) du disjoncteur. s. Dispositif selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que capteur (31) est connecté auxdites bornes (35, 36) par l'intermédiaire dudit module électronique (30) de commande du disjoncteur et d'isolation galvanique. 9. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le groupe de conducteurs comprend un conducteur supplémentaire (20) formant, à travers un interrupteur (23), une liaison électrique entre deux des conducteurs pour créer un déclenchement par courant différentiel, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent un module électronique (30) comprenant ledit interrupteur (23) ou un autre interrupteur monté en parallèle avec lui. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent une unité émettrice (56) et une unité réceptrice (64), L'unité émettrice (56) étant associée à un capteur (57). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite unité réceptrice (64 > est intégrée au disjoncteur. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite unité réceptrice (64) est connectée à des bornes de raccordement (24, 25, 26) du disjoncteur. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comportent un module de déclenchement (45) enfichable sur le réseau et couplé à un capteur (46). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le module de déclenchement (45) comporte un circuit de dérivation (52 à 55) connecté à la terre et à au moins l'un des conducteurs du réseau, ce circuit comportant aumoins un interrupteur (54, 55) dont l'état est commandé en fonction du signal fourni par le capteur (46). I 5. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le module de déclenchement (45) est connecté au réseau par une prise conventionnelle. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise er. ce que le capteur est intégré à un détecteur de température. de gaz, de fumées ou d'humidité. 17. Procécé pour protéger un circuit électrique par un dispositif à disjoncteur à courant différentiel selon la revendication 1, monté sur une alimentation du circuit, le procédé étant caractérisé en ce que l'on détecte de manière continue ou périodique une grandeur physique du circuit ou de son environnement, et en ce que, si ladite grandeur sort d'une gamme de valeurs ou d'états admissibles, on provoque dans le disjoncteur un courant différentiel suffisant pour le déclencher, de manière à couper l'alimentation du circuit. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite grandeur est une tension dans le circuit. 19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite grandeur est une intensité de courant dans le circuit. 20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'on provoque le courant différentiel uniquement si ladite grandeur sort des valeurs admissibles pendant une durée supérieure à une durée prédéterminée.