Brevet FR2671240A1 — publié le 19920703

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN DISJONCTEUR EN CAS DE RUPTURE DE LA LIGNE NEUTRE DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif de commande d'un disjoncteur ou d'un appareiL analogue de coupure d'un réseau d'alimentation en électricité qui est conçu pour commander le disjoncteur en cas de rupture de La ligne neutre. On connaît déjà des dispositifs divers de coupure de courant automatique quand des perturbations apparaissent dans les réseaux d'alimentation en électri cité, et notamment des courts-circuits de phases ou des fuites à la terre, mais il semble qu'on ait jamais pensé à se prémunir contre des ruptures de la ligne neutre dans Le réseau de distribution ou des surtensions de phase en amont du disjoncteur de chaque abonné. Quand une telle rupture se produit, on obtient ce qu'on appelle un neutre flottant sujet à des perturbations incessantes produites par les appareils des différents utilisateurs qui sont branchés sur ce neutre. Il en résulte des surtensions destructrices des appareils et - éventuelLement dangereuses pour les habitants ou les personnes proches. Les disjoncteurs habituellement utilisés ne sont pas prévus pour réagir à ces ruptures. Le dispositif sujet de l'invention consiste en un appareil complémentaire au disjoncteur, ou intégré à celui-ci, qui commande ce dernier dès qu'une condition de neutre flottant apparat. Il est caractérisé par des raccordements à la Ligne de neutre et à au moins une des lignes de phase, un circuit convertissant Les tensions des lignes de phase raccordées en une tension de référence continue, un circuit de comparaison de la tension de référence à une tension produite dans la ligne neutre, et par un circuit de déclenchement de L'appareil de coupure du branchement de L'abonné en fonction de la comparaison des deux tensions. Dans le cas d'un réseau triphasé, on peut prévoir que les raccordements comprennent trois raccordements aux trois lignes de phase d'un réseau triphasé, et que le circuit de conversion est conçu pour délivrer une tension de référence élaborée à partir des trois phases débitant sur une charge équilibrée. Le circuit de comparaison comporte avantageusement des portes logiques qui transforment la tension de référence et la tension de la ligne neutre pour fournir des états de logique binaire. Cette disposition permet d'obtenir un critère précis pour le déclenchement de l'ouverture du disjoncteur. Dans ces conditions, il est avantageux d'adjoindre des condensateurs de filtrage de variations à haute fréquence, produites par des parasites électriques, des tensions de référence et de la ligne neutre. Le circuit de déclenchement peut avantageusement comporter une bobine d'excitation en série avec un transistor commandé par le circuit de comparaison, le circuit de déclenchement étant soumis à une différence de tension constante et le transistor étant bloqué en service normal. Si alors la différence de tension est supérieure à la tension de référence et le circuit de conversion est conçu de telle sorte que la tension de référence devienne nulle quand le réseau est coupé, on évite d'alimenter la bobine non seulement à l'état normal du réseau électrique, mais encore pendant les interruptions du disjoncteur. La bobine n'est excitée qu'à l'instant précis où le défaut sur la ligne neutre est constaté mais où le disjoncteur n'a pas encore été commandé, si bien que la consommation du dispositif de commande en énergie électrique est très faible. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue d'un tel dispositif conçu pour un branchement d'alimentation triphasé ; et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2 pour un dispositif conçu pour un branchement d'alimentation monophasé. On a illustré sur la figure 1 une portion d'un réseau d'alimentation en électricité à partir d'une centrale C qui dessert quelques abonnés dénommés par les indices i, j, k, I. Le réseau d'alimentation est triphasé et comprend trois phases F1, F2 et F3 ainsi qu'une ligne neutre N. Les lignes de branchement telles que Nj, F2j, F3j, F1j relient chaque abonné au réseau d'alimentation. Certains des branchements sont monophasés et concernent une phase et le neutre, d'autres sont triphasés et concernent toutes les phases en plus du neutre. Le réseau est protégé par des disjoncteurs particuliers à chaque abonné Di, Dj, Dk et Dl qui ne font pas partie de l'invention et ne sont donc ni illustrés en détail ni distingués même s'ils peuvent comporter des jonctions à des nombres différents de phases.Ils comportent tous une bobine B qui commande t'ouverture du disjoncteur et la déconnexion de l'installation de l'abonné au réseau suivant certaines conditions. Si on suppose maintenant une coupure de la ligne neutre N du côté de la centrale C, au point P, on voit que La tension prévue par la ligne neutre N ne sera plus assurée pour les abonnés considérés et que n'importe quel engin ou appareil électrique E branché entre le neutre et une phase provoquera des variations du potentiel électrique du neutre, c'est-à-dire des surtensions qui se répercuteront sur tous Les abonnés touchés et détruiront rapidement leurs appareils, sans que les disjoncteurs soient sensibles à ce défaut. L'appareil conforme à l'invention est représenté ici sous deux aspects qui vont être détaillés plus loin. On a ici ébauché la position de L'appareil par rapport à l'installation de l'abonné et la façon dont il travaille avec le disjoncteur D auquel il est associé. L'appareil comprend un raccordement de neutre Rn à la ligne neutre N et des raccordements de phase R1, R2 ou R3 à au moins une des phases électriques qui desservent l'installation de L'abonné. Dans le cas d'un branchement triphasé, on a représenté un appareil 1 comprennant trois raccordements de phase R1 à R3 ; dans le cas d'un branchement monophasé, il n'existe qu'un raccordement de phase pour un appareil 2, ici R3. Les raccordements R peuvent aboutir en amont ou en aval du disjoncteur D ; il est toutefois avantageux que le raccordement de neutre Rn aboutisse en aval du disjoncteur D, du côté de l'installation de L'abonné, pour des raisons qui vont être expliquées plus loin. On voit également que la mise en oeuvre illustrée de l'invention, qui comporte un boîtier séparé pour l'appareil 1 ou 2, nécessite de modifier Les disjoncteurs D actuels pour raccorder les bornes de leurs bobines B à un interrupteur 3 situé dans l'appareil de commande 1 ou 2. On pourrait bien entendu placer les éléments constituant L'appareil 1 ou 2 directement dans les disjoncteurs D. Ces éléments vont maintenant être décrits sur la figure 2 pour L'appareil 1 fonctionnant en triphasé. On peut y distinguer plusieurs blocs : un circuit de conversion 10, un circuit de comparaison 11, un circuit de déclenchement 12, un circuit de création de neutre de référence 13 et un circuit de mise en forme du neutre 14. Le circuit de conversion 10 est utilisé pour fournir une tension de référence constante qui sert à la fois de terme de comparaison et d'alimentation du circuit de déclenchement 12. Il est branché à deux des raccordements de phase R2 et R3 par l'inter- médiaire d'un fusible 20 et comprend un transformateur 21 de 380 volts (dans le cas d'une tension de 220 volts efficaces) à 12 volts, un redresseur 22, deux condensateurs 23 et 24 en parallèle pour filtrer les parasites électriques, un régulateur 25 qui transforme la tension en tension de cinq volts, un autre condensateur 26 de régulation et une diode électroluminescente de couleur verte 27 qui est allumée quand la tension de référence est produite et donne ainsi une idée du bon fonctionnement du circuit de conversion 10 et vraisemblablement de L'appareil 1 tout entier. La tension continue de référence de 5 volts (Vcc) alimente l'ensemble de comparaison 11 et fournit en interne la tension de référence Vcc/2 au circuit 44 qui compare cette tension de reférence à la borne 29 comme représentative de la masse flottante. Le circuit de création de neutre de référence 13 consiste en un montage en étoile, par l'intermédiaire de résistances égales 30, 31 et 32, des raccordements de phase R1, R2, R3. La ligne 33 de confluent de ces raccordements est à la masse 29 et sert ainsi de référence d'alimentation 22. La masse 29 est donc en fait à un potentiel défini par les sommes des cou rants parcourant les trois phases F et les trois raccordements R1, R2, R3 et se trouve donc en temps normal au potentiel neutre. Ce potentiel est appelé un potentiel neutre de référence. Le circuit de mise en forme du neutre 14 comprend une diode 40 et un condensateur 41 en série sur le raccordement de neutre Rn, après quoi celui-ci rejoint la ligne 33 du neutre de référence. Il existe un embranchement 42 entre la diode 40 et le condensateur 41 qui aboutit au circuit de comparaison 11. Le circuit de mise en forme du neutre 14 permet de lisser la tension redressée par la diode 40 et aussi de filtrer certains parasites de haute fréquence qui pourraient être produits sur la ligne neutre N et seraient trop brefs pour endommager les appareils de l'installation. Des déclenchements intempestifs ou inutiles du disjoncteur D sont évités grâce à ce filtrage. L'embranchement 42 est un point de raccordement à une ligne 43 appartenant au circuit de comparaison 11 et qui aboutit à une borne d'entrée d'une première porte NON-ET 44 après une résistance 45 et un potentiomètre 46 en série qui peuvent être remplacés par une résistance fixe pour un appareil 1 fabriqué en série. Le potentiomètre 46 offre la possibilité de régler Le seuil de commande de l'ouverture du disjoncteur D. L'autre borne d'entrée est portée à la tension de référence Vcc de 5 volts qui correspond à un état logique 1. Comme la première porte NON-ET 44 est réglée de sorte que L'état logique qu'elle interprète bascule à 2,5 volts, le potentiomètre 26 est ajusté pour permettre de régler un seuil de tension sur le neutre qui se traduise par ces 2,5 volts sur la première porte NON-ET 44. Le circuit de comparaison 11 comprend enfin une seconde porte NON-ET 47 dont les deux bornes d'en trée sont reliées à la borne de sortie de la précédente 44. Le circuit de déclenchement 12 comprend quant à lui un relais 50 de commande de l'interrupteur 3. La bobine du relais 50 est située sur un circuit porté à la différence de tension entre la masse 29 et la borne supérieure 28. On trouve sur ce circuit une diode électroluminescente de couleur rouge 51 et, en série avec la bobine et la diode électroluminescente 51, un montage de deux transistors 52 et 53 suivant ce qu'on appelle un montage de Darlington, c'est-à-dire que l'émetteur de l'un 52 est relié directement à la base de l'autre 53. Cette disposition permet une amplification beaucoup plus grande. A L'état normal de l'appareil 1, la tension Vcc est donc supérieure de 5 volts à celle de la masse 29, qui est égale à La tension du neutre. La première porte NON-ET 44 reçoit un état Logique 1 et un état logique zéro car la tension au raccordement du neutre Rn est très faible. Elle délivre donc un état logique 1 que la seconde porte NON-ET 47 transforme en état logique O et communique à la base du transistor 52 sous forme d'un signal nul. Les transistors 52 et 53 sont donc. bloquants, et aucun courant ne passe dans le circuit de déclenchement 12. Quand la ligne neutre N est rompue au point P, les surtensions sur le raccordement de neutre Rn se traduisent par un potientiel supérieur à 2,5 volts sur La borne d'entrée correspondante de la première porte NON-ET 44, dont L'état logique de sortie devient 0. L'état logique de la seconde porte non NON-ET 47 devient alors égal à 1, ce qui rend les transistors 52 et 53 passants, et du courant circule dans le circuit de déclenchement 12 pour exciter la bobine du relais 50 et allumer la diode électroluminescente 51. L'interrupteur 3 est fermé, ce qui alimente la bobine B du disjoncteur D et coupe Le branchement de l'abonné. la diode électroluminescente 51 avertit l'abonné d'un défaut à La ligne neutre N, notamment s'il essaie en vain de rétablir la jonction au branchement électrique. On passe maintenant au commentaire de la figure 3. L'appareil 2 prévu pour un branchement monophasé présente nombre de points communs avec le précédent, car le circuit de conversion 10 et le circuit de déclenchement 12 sont conservés tels quels, de même que l'interrupteur 3. On retrouve également les constituants des circuits de comparaison 11 et de mise en forme du neutre 14 mais qui sont agencés mutuellement de manière un peu différente. Il y a en effet une bifurcation qui permet d'entrer à la borne d'entrée de la première porte NON-ET 44 qui recueille le signal du raccordement de neutre Rn en passant, après la résistance 45, soit par la diode 40, soit par le potentiomètre 46 et le condensateur 41, la masse 29 se trouvant entre ces deux pièces-ci. Le circuit de reconstitution de neutre 13 est d'autre part supprimé. La tension de référence Vcc est créée entre le raccordement de neutre Rn et le raccordement de phase, ici R3, qui aboutissent au circuit de conversion 10. Les portes logiques NON-ET 44 et 47 sont de technologie C MOS, qui permet de résister à des tensions relativement élevées et offre une bonne stabilité de fonctionnement. Il faut remarquer que si une phase F est perturbée également dans le cas de L'appareil 1, Vcc varie et diminue mais reste supérieure à 2,5 volts, ce qui signifie que le déclenchement de l'ouverture du disjoncteur D n'est pas empêché. On pourrait aussi utiliser des moyens à déclencheur dans le circuit de comparaison 11. Le transformateur 21 monophasé pourrait être remplacé par un transformateur à primaire triphasé pour se prémunir contre la rupture sur la phase F3. D'autres aménagements des appareils 1 et 2 sont encore possibles sans se départir de l'esprit de l'invention. On pourrait ainsi les adapter à commander les débranchements en cas de sous-tensions, au lieu de surtensions uniquement comme dans les réalisations illustrées, mais les sous-tensions ne sont pas dangereuses en principe. C'est pourquoi elles ont été négligées. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1, 2) de commande d'un appareil de coupure (D) d'un réseau d'alimentation en électricité, tel qu'un disjoncteur, le réseau comportant une ligne neutre (N) et au moins une ligne de phase (F), caractérisé en ce qu'il comporte des raccordements (R) à la ligne neutre et à au moins une des lignes de phase, un circuit (10) convertissant les courants des lignes de phase raccordées en une tension de référence continue (Vcc), un circuit de comparaison (11) de la tension de référence et d'une tension produite dans la ligne neutre (N), et d'un circuit de déclenchement (12) de L'appareil de coupure (D) en fonction de la comparaison des deux tensions. 2. Dispositif de commande d'un appareil de coupure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les raccordements comprennent trois raccordements CR1, R2, R3) aux trois lignes de phase (F1, F2, F3) d'un réseau triphasé, et en ce que le circuit de conversion (10) est conçu pour délivrer une tension de référence à partir d'un potentiel électrique (29) proportionnel à la somme des trois courants parcourant les trois lignes de phase. 3. Dispositif de commande d'un appareil de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de comparaison comprend des portes logiques (44, 47) transformant la tension de référence et la tension de la ligne neutre en états de logique binaire. Dispositif de commande d'un appareil de coupure selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de déclenchement (12) comporte une bobine d'excitation en série avec un transistor commandé par le circuit de comparaison, le circuit de déclenchement étant soumis à une différence de tensions et le transistor étant bloquant en service normal. 5. Dispositif de commande d'un appareil de coupure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la différence de tension est proportionnelle ou égale à la tension de référence et en ce que le circuit de conversion est conçu de telle sorte que la tension de référence devienne nulle quand le réseau est coupé. 6. Dispositif de commande d'un appareil de coupure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des condensateurs (23, 24, 41) de filtrage de variations des tensions de référence et de la ligne neutre.