Brevet FR2657732A1 — publié le 19910802

L'invention concerne un circuit de protection pour un réseau électrique polyphasé. Lorsqu'on utilise des moteurs électriques dans des réseaux de distribution d'énergie électrique triphasée, un moteur peut s'échauffer de façon excessive en cas d'apparition d'une condition de "fonctionnement sur deux phases". Le fonctionnement sur deux phases se produit lorsqu'un fusible dans une phase est actionné de façon à isoler cette phase, ou lorsque l'enroulement de l'une des phases est déconnecté pour une autre raison. Les deux phases restantes continuent à alimenter le moteur, ce qui provoque un échauffement excessif de ce dernier. Bien que le courant du circuit augmente pendant les conditions d'échauffement excessif, la plupart des dispositifs de coupure de circuit ne sont pas suffisamment sensibles pour réagir au courant accru, ce qui conduit finalement à l'endommagement du moteur. La plupart des dispositifs qu'on utilise pour interrompre le courant d'un circuit à l'occasion d'une condition de fonctionnement sur deux phases exigent des dispositifs de détection séparés pour mesurer la tension aux bornes d'un jeu de fusibles, ou pour mesurer le déséquilibre de courant dans le moteur lui-même. Le brevet des E.U.A. n" 4 060 843 décrit des moyens de détection séparés qui sont connectés à des lignes d'énergie électrique triphasée pour déterminer l'apparition d'une condition de fonctionnement sur deux phases. Le bre vet des E.U.A. n" 4 021 703 décrit l'utilisation d'un dispositif de détection d'ondulation de courant continu, qu'on peut employer sur un circuit triphasé pour détecter un déséquilibre entre phases. Le brevet des E.U.A. nO 4 837 654 propose l'utilisation de transistors d'amplification de signal connectés en une configuration d'amplification série pour détecter une condition de fonctionnement sur deux phases. Un but de l'invention est de proposer un circuit capable de détecter à la fois la perte d'une phase et le déséquilibre entre phases, sans exiger des dispositifs de détection séparés, distincts des transformateurs d'intensité qu'on utilise dans des dispositifs de coupure de circuit en cas de surintensité, de type électronique. L'invention consiste en un circuit de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases qui utilise un ensemble d'amplificateurs opérationnels référencés à la masse, connectés à des transformateurs d'intensité pour fournir un signal de sortie de déclenchement en cas de détection de la perte d'une phase ou d'un déséquilibre entre phases. Les amplificateurs opérationnels sont connectés conformément à un algorithme de comparaison par paire, et on peut les utiliser indépendamment de dispositifs électroniques classiques pour la coupure d'un circuit en cas de surintensité, ou en combinaison avec de tels dispositifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement Figure 1 : un schéma d'un circuit combiné de protection contre les surintensités, le déséquilibre entre phases et la perte d'une phase, conforme à l'invention; Figure 2 : un schéma d'un circuit simplifié pour détecter un déséquilibre entre phases et la perte d'une phase; et Figure 3 : un schéma d'un circuit de coupure de circuit comprenant un accessoire modulaire pour la détec tion de la perte d'une phase et du déséquilibre entre phases, conforme à un autre mode de réalisation du circuit de la figure 1. Un circuit de protection intégré 9 est représenté sur la figure 1 et il comprend un circuit de détection de perte d'une phase et d'un déséquilibre entre phases, 10, qui est connecté à un circuit d'alimentation et de déclenchement 11 et à un circuit de conditionnement de signal 12. Le circuit de conditionnement de signal 12 est connecté à un système de distribution d'énergie électrique triphasée, dont un conducteur est représenté en 13, au moyen d'un transformateur d'intensité 14 qui comprend un enroulement primaire 15, un circuit magnétique 16 et un enroulement secondaire 17. Il y a trois conducteurs de phase et trois transformateurs d'intensité, bien qu'un seul conducteur de phase soit représenté ici dans un but d'illustration. L'enroulement secondaire est connecté à un redresseur en pont 18 qui est constitué par des diodes D1-D4, et il est ensuite connecté à une résistance de charge R1, pour produire une tension continue proportionnelle au courant dans le premier conducteur de phase.Des redresseurs en pont 19, 20 et des diodes D5-D12 similaires sont connectés à des résistances de charge séparées, R2 et R3, et à une diode D13, pour fournir une indication de tension qui correspond au courant circulant dans les deux conducteurs de phase restants (non représentés). La tension qui est produite aux bornes des résistances de charge est transmise au circuit d'alimentation et de déclenchement 11 sur les conducteurs 21-23. Le circuit de déclenchement est similaire à celui qui est décrit dans le brevet des E.U.A. n" 4 589 052, auquel on pourra se référer. Sous l'effet de l'apparition d'une condition de surintensité dans l'un quelconque des conducteurs triphasés, un signal de déclenchement est généré et le circuit est coupé conformément à ce qui est indiqué dans le brevet précité.La tension qui est produite aux bornes des résistances de charge est également appliquée aux entrées de trois amplificateurs opérationnels 24-26, de la manière suivante. La tension qui est produite aux bornes de R1 est appliquée à la borne d'entrée négative de l'amplificateur 24 par l'intermédiaire de la résistance R4, et elle est directement appliquée à la borne d'entrée positive de l'amplificateur 26. La tension qui apparaît aux bornes de R2 est directement appliquée à la borne d'entrée positive de l'amplificateur 24, et elle est appliquée à la borne d'entrée négative de l'amplificateur 25 par l'intermédiaire de la résistance R5. La tension qui apparaît aux bornes de R3 est directement appliquée à la borne d'entrée positive de l'amplificateur 25, et elle est appliquée à la borne d'entrée négative de l'amplificateur 26 par l'intermédiaire de la résistance R6.L'autre côté des résistances R1-R3 est connecté au circuit d'alimentation et de déclenchement loin, ainsi qu'à la masse du système. Des condensateurs d'intégration C1-C3 sont respectivement connectés entre les entrées négatives des amplificateurs opérationnels 24-26 et leurs sorties, comme indiqué. L'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 24 est connectée par l'intermédiaire des résistances R7 et R8 à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 25, et par l'intermédiaire de la résistance Rg à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel 26. Les entrées négatives des trois amplificateurs sont connectées en commun, au moyen d'un conducteur 29, à un étage d'un diviseur de tension qui est constitué par des résistances R1-R3. Les sorties des trois amplificateurs opérationnels sont connectées en commun par l'intermédiaire de diodes D14-D16 et d'un conducteur 30 à la borne d'entrée positive d'un comparateur 27, et elles sont connectées en commun à la masse par l'intermédiaire de la résistance R10. L'entrée négative du comparateur 27 est connectée à un second étage du diviseur de tension R11-R13, pour appliquer une tension de comparaison de seuil au comparateur. Une ré sistance R14 est connectée entre l'entrée positive du comparateur et la sortie du comparateur, qui est connectée par le conducteur 28 au circuit d'alimentation et de déclenchement 11, pour appliquer un signal de déclenchement à ce circuit sous l'effet de l'apparition d'une condition de perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases. La perte d'une phase ou un déséquilibre entre phases sont déterminés dans le circuit 10 ae détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases, au moyen de l'agorithme de comparaison par paire simple suivant Perte de phase/déséquilibre = B C A, B et C sont les trois courants de phase, et K est le niveau de déséquilibre minimal, ou seuil. Les courants de phase A, B, C sont représentés par les tensions qui sont générées aux bornes des résistances de charge R1, R2 et R3 décrites précédemment en relation avec le circuit de conditionnement de signal 12. Le facteur K dans l'expression de l'algorithme de perte d'une phase constitue un point fixé ou un seuil destiné à éviter un déclenchement parasite ou intempestif occasionné par des variations harmoniques d'une nature temporaire, le déclenchement n'ayant lieu que si le déséquilibre dépasse par exemple de 10% le point fixé. L'amplificateur opérationnel 24 compare le courant de la phase B avec le courant de la phase A, de façon que le résultat de la comparaison soit transmis sur la ligne 30 à l'entrée positive du comparateur 27, qui compare ce signal avec la valeur de seuil qui est appliquée à son entrée négative par le second étage du diviseur de tension.Dans le cas où le courant dans la phase B est inférieur à celui de la phase A, avec un écart égal à la valeur de seuil K, un signal de déclenchement est généré à la sortie du comparateur et ce signal actionne le circuit de déclenchement par l'intermédiaire du conducteur 28. L'amplificateur opérationnel 25 compare le courant de la phase C avec le courant de la phase B, et un signal de déclenchement similaire est généré lorsque le courant de la phase C est inférieur à celui de la phase B. L'amplificateur opérationnel 26 compare le courant de la phase A avec le courant de la phase C, et un signal de déclenchement similaire est émis lorsque le courant dans la phase A est inférieur au courant dans la phase C. La figure 2 représente une configuration détaillée du circuit de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases 32, dans laquelle une tension de seuil est appliquée en T1 et la tension représentant la phase A est appliquée en T2, tandis que la tension représentant la phase B est appliquée en T3. Dans cette configuration, le facteur K qui représente un point fixé ou une valeur de tension de seuil est appliqué à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel référencé à la masse, 33 > qui est branché en configuration d'intégrateur, avec le condensateur d'intégration C1 connecté entre la sortie et la borne d'entrée négative.La résistance R1 représente la valeur de tension du facteur K, tandis que la combinaison du condensateur d'intégration C1, moins la tension qui est développée aux bornes de la résistance d'entrée R2, fixe respectivement le niveau de déséquilibre et l'intégration à court terme. Si on le désire, on peut rendre variable le condensateur d'intégration et la résistance d'entrée, pour fixer les valeurs sur une plage étendue de conditions de fonctionnement. On pourrait également utiliser une détection de valeur efficace ou de valeur de crête pour déterminer la comparaison, au lieu du procédé de calcul de moyenne qui est mis en oeuvre au moyen de l'amplificateur opérationnel 33.Dans le cas où les courants de la phase A et de la phase B ont des amplitudes égales, le signal de moyenne qui est appliqué à l'amplificateur opérationnel est égal à zéro, et le facteur K assure un signal d'entrée négatif résultant pour l'amplificateur opérationnel, ce qui fait que le signal de sortie qui est appliqué à la diode D1 reste à une valeur correspondant à la masse, par l'intermédiaire de la résistance R3. Lorsque la valeur de tension résultante de la phase A dépasse la moyenne de la tension de la phase B augmentée du facteur K, le signal de sortie s'élève en rampe dans la direction positive et il est appliqué à une entrée du second comparateur 34, dans lequel il est comparé avec une référence de quatre volts qui est appliquée à la borne négative. S'il dépasse la tension de référence de quatre volts, un signal de déclenchement est émis sur la ligne de déclenchement 28. La figure 3 représente un circuit combiné de protection contre les surintensités et de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases 59, dans lequel le circuit de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases 48 consiste en un module autonome qui est enfiché dans le circuit de conditionnement de signal et d'alimentation 45 et le circuit de déclenchement en cas de surintensité 50. Le circuit de conditionnement de signal et d'alimentation 45 ainsi que le circuit de déclenchement 50 sont incorporés dans le module de déclenchement de disjoncteur qui est décrit dans le brevet des E.U.A. nO 4 754 247, auquel on pourra se référer.Dans le disjoncteur qui est décrit dans ce brevet, l'unité de déclenchement 60 et l'actionneur 57 sont disposés à l'intérieur du boîtier du disjoncteur et ils sont accessibles à travers un capot d'accessoires. On considère que le circuit de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases 48 pourrait être placé dans une cavité séparée à l'intérieur du capot du disjoncteur, sous la forme d'un accessoire que l'on peut ajouter au disjoncteur. Dans cette configuration, les trois phases d'un circuit de distribution d'énergie électrique triphasée comprenant les conducteurs 36, 37 et 38 sont protégées par les contacts du disjoncteur, qui sont représentés par des interrupteurs S1 S1-S3 dans chacune des phases séparées.Des transformateurs d'intensité 39-41 sont connectés au circuit de conditionnement de signal et d'alimentation 45 par les conducteurs 42-44, de façon à appliquer des signaux au circuit de déclenchement 50, sur les conducteurs 51, 52, pour la détermination de la présence d'une surintensité. Les mêmes signaux de tension représentatifs sont appliqués au circuit de détection de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases 48, sur les conducteurs 46 et 47. Lorsqu'une condition de perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases est détectée, un signal de sortie est appliqué au circuit de déclenchement 50 sur le conducteur 49. Le signal de sortie de détermination de surintensité provenant du circuit de déclenchement est appliqué par le conducteur 53 à une porte OU 55.Le signal de sortie du circuit de déclenchement relatif à la présence d'une condition de perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases est appliqué à la porte OU par le conducteur 54. Sous l'effet de l'apparition d'une condition de surintensité ou d'une condition de perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases, un signal de déclenchement est appliqué à l'actionneur 57 par le conducteur 56. L'actionneur interrompt alors le courant dans l'ensemble des trois conducteurs 36-38, au moyen de la liaison fonctionnelle entre l'actionneur et les interrupteurs S1 S1-S3, comme l'indique la ligne de commande 58. On vient de décrire un circuit simple de détection de la perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases, sous la forme d'un circuit autonome, sous la forme d'une partie intégrante d'un circuit de protection contre les surintensités, ainsi que sous la forme d'un accessoire pouvant être ajouté à des disjoncteurs existants. Le circuit de détection de la perte d'une phase et de déséquilibre entre phases met en oeuvre un algorithme qui détermine l'apparition d'une condition de perte d'une phase ou de déséquilibre entre phases, et il émet un signal de déclenchement pour interrompre l'ensemble des trois phases d'une alimentation triphasée qui est protégée. REVENDICATIONS 1. Circuit de protection contre une condition de perte d'une phase et de déséquilibre entre phases, ca ractérisé en ce qu'il comprend : un premier amplificateur opérationnel (24) ayant une entrée négative connectée de façon à recevoir un signal d'une première phase d'un système de distribution d'énergie électrique polyphasée, et ayant une première sortie; un second amplificateur opérationnel (25) ayant une entrée négative connectée de façon à recevoir un signal provenant d'une seconde phase du système de distribution d'énergie électrique polyphasée, et ayant une seconde sortie; et un troisième amplificateur opérationnel (26) ayant une entrée négative connectée de façon à recevoir un signal provenant d'une troisième phase du système de distribution d'énergie électrique polyphasée, et ayant une troisième sortie, l'entrée négative du premier amplificateur (24) étant connectée à une entrée positive du troisième amplificateur (26), pour déterminer l'existence d'une condition de déséquilibre entre les première et troisième phases. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée négative du second amplificateur (25) est connectée à une entrée positive du premier amplificateur (24), pour déterminer une condition de déséquilibre entre les première et seconde phases. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée négative du troisième amplificateur (26) est connectée à une entrée positive du second amplificateur (25) pour déterminer une condition de déséquilibre entre les seconde et troisième phases. 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sorties des premier, second et troisième amplificateurs opérationnels (24, 25, 26) sont connectées en commun à une entrée d'un comparateur (27). 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une autre entrée du comparateur (27) est connectée de façon à recevoir une tension de référence, ce comparateur (27) fournissant un signal de sortie lorsqu'une tension intégrée sur les sorties des premier, second et troisième amplificateurs opérationnels (24, 25, 26) dépasse la tension de référence. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une sortie du comparateur (27) est connectée à un mécanisme de déclenchement (11) qui est destine à interrompre le courant du circuit dans les première, seconde et troisième phases du système de distribution d'énergie électrique polyphasée. 7. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entrées négatives des premier, second et troisième amplificateurs opérationnels (24, 25, 26) sont connectées en commun à un réseau diviseur de tension (R11, R12, R13). 8. Circuit de déclenchement pour un disjoncteur comprenant une protection contre la perte d'une phase et un déséquilibre entre phases, caractérise en ce qu'il comprend : un ensemble de transformateurs d'intensité (14) connectés à des phases correspondantes (A' B' C) d'un système de distribution d'énergie électrique polyphasée; un ensemble de redresseurs (D1-Dl2) et de résistances (R1, R2, R3) connectés aux transformateurs d'intensité (14) pour générer des représentations, sous forme de tensions continues, des courants du circuit dans chacune des phases; un circuit de déclenchement (11) qui est connecté aux résistances (R1, R2, R3) pour déterminer des conditions de surintensité dans les phases, et pour interrompre le courant du circuit dans les phases lorsque ces conditions de surintensités se prolongent pendant une durée prédéterminée; et un ensemble d'amplificateurs (24, 25, 26) interconnectés ensemble et connectés aux résistances (R1, R21 R3) et au circuit de déclenchement (11), pour déterminer l'existence d'un déséquilibre entre les phases A' B C) # et pour appliquer un signal de déclenchement au circuit de déclenchement (11) sous l'effet de l'apparition d'un déséquilibre entre phases dépassant un seuil prédéterminé. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un comparateur (27) qui est connecté entre les amplificateurs (24, 25, 26) et le circuit de déclenchement (11), pour déterminer si le déséquilibre entre phases dépasse le seuil. 10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que les amplificateurs (24, 25, 26) ont des sorties correspondantes qui sont connectées en commun à une entrée du comparateur (27). 11. Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que les amplificateurs (24, 25, 26) ont des entrées correspondantes qui sont connectées en commun et qui sont connectées à une autre entrée du comparateur (27). 12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que les entrées précitées sont connectées à l'autre entrée du comparateur (27) par l'intermédiaire d'un réseau diviseur de tension (R11-R13). 13. Circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'entrée du comparateur (27) qui a été mentionnée en premier est connectée à la sortie du comparateur par l'intermédiaire d'une résistance de réaction (R14)