Brevet FR2693050A1 — publié le 19931231

DESCRIPTION L'invention concerne un interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut, avec un transformateur de courant totalisateur et un déclencheur dont la bobine d'excitation est branchée sur l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur à travers un circuit de déclenchement indépendant de la tension du réseau, comprenant un circuit redresseur qui délivre à au moins un condensateur de charge l'énergie nécessaire pour actionner le déclencheur, ainsi qu'une vanne électronique commandée en fonction de la tension accumulée dans le condensateur de charge en vue du déblocage de cette énergie vers la bobine d'excitation du déclencheur. Les interrupteurs et les disjoncteurs différentiels sélectifs à courant de défaut présentent une courbe de déclenchement temporisée en fonction du courant, conformément aux valeurs limites définies dans les divers pays européens et extra- européens, et fixées entre autres en France par la norme NF C 62-411 et en RFA par la norme VDE 0664 Les interrupteurs et les disjoncteurs différentiels sélectifs à courant de défaut ont en tant que réalisation spéciale la mission, basée sur la temporisation du déclenchement dans des distributions à dérivations dans lesquelles aussi bien la voie principale que les voies secondaires et y compris les appareils d'installation qui s'y trouvent, sont pris en compte dans le circuit de protection contre le courant de défaut, afin d'éviter la coupure de tous les appareils branchés sur la voie principale en cas de défaut d'isolement en aval de la dérivation secondaire. A cet effet, diverses exécutions d'interrupteurs et disjoncteurs différentiels sélectifs à courant de défaut ont été réalisées A titre d'exemple, mentionnons le dispositif de la DE-OS 38 07 935, qui décrit un tel dispositif d'interrupteur de protection qui à vrai dire respecte convenablement les conditions de déclenchement en fonction du courant, mais qui nécessite un transformateur de courant dont l'enroulement secondaire à nombre de spires très élevé est d'une fabrication coûteuse L'enroulement secondaire avec souvent jusqu'à 500 spires doit en effet être bobiné mécaniquement sur le noyau torique à l'aide de dispositifs d'enroulement spéciaux basés sur l'emploi d'une navette bobinée préalablement, étant donné la géométrie et les dimensions réduites du composant Seuls jusqu'à présent peuvent se contenter d'un faible nombre de spires pour l'enroulement secondaire en vue de transformateurs de courant totalisateurs peu onéreux, les interrupteurs et disjoncteurs différentiels à courant de défaut usuels - 2- non sélectifs, désignés dans ce qui suit comme interrupteurs et disjoncteurs différentiels à courant de défaut "classiques". Un inconvénient pour la réalisation d'interrupteurs et disjoncteurs différentiels à courant de défaut est d'autre part le fait que les interrupteurs et disjoncteurs différentiels à courant de défaut sélectifs et classiques, par suite de leurs variantes techniques individuelles de montage, doivent être fabriqués sur différentes chaînes d'assemblage et en diverses opérations de production. L'objet de l'invention consiste par conséquent à créer un interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut de fabrication plus simple et plus économique, de plus extrêmement fiable. Conformément à l'invention il est prévu en outre que l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur comporte un faible nombre de spires et qu'il est branché sur l'enroulement primaire d'un transformateur dont l'enroulement secondaire est raccordé au circuit redresseur. Il a été constaté de façon surprenante que déjà par cette simple amélioration technique de l'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut de type connu, il est possible, en utilisant un transformateur approprié avec un nombre de spires adéquat de l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur, d'employer aussi bien le transformateur de courant totalisateur économique d'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut classique, que ses sous-ensemble électro-mécaniques de commutation, en vue de la production d'un interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut Contrairement à toute attente, ceci est possible avec un nombre de spires extrêmement faible pour l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur, quoique le transformateur additionnel provoque également en principe des pertes supplémentaires Malgré tout, il reste possible de respecter fiablement les prescriptions imposées dans les différents pays, concernant la courbe de temporisation en fonction du courant de l'interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut. En outre, la production des deux types d'interrupteurs ou disjoncteurs différentiels à courant de défaut devient possible sur une seule chaîne de montage, étant donné que seule l'adjonction d'un module électronique comportant le transformateur approprié, avec ses caractéristiques de temporisation et de transfert de puissance, est nécessaire pour passer d'un interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut classique,, à un interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut sélectif. -3- Si de plus l'enroulement secondaire du transformateur est relié à une résistance qui est montée en parallèle sur l'enroulement secondaire, il est possible de régler aussi bien l'impédance d'entrée effective, que l'impédance de sortie effective du circuit formé par le transformateur et la résistance, ainsi que d'adapter celui-ci à une multitude de différents interrupteurs ou disjoncteurs différentiels à courant de défaut, ou encore d'influencer la courbe de temporisation ou de transfert de puissance. Par une adaptation appropriée du transformateur de courant totalisateur, en particulier celle du nombre de spires de l'enroulement secondaire, ainsi que de la résistance, il est possible d'utiliser comme transformateur économique un transformateur HF normal à noyau en ferrite. Une immunité très efficace contre les surtensions, en particulier en cas de coups de foudre, résulte pour l'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut du fait qu'on insère entre l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur et l'enroulement primaire du transformateur, une paire de diodes en montage antiparallèle tel, qu'en-dessous de leur tension de conduction pratiquement aucun courant ne circule, et qu'au-dessus de cette tension la totalité du courant circule pratiquement. Du point de vue de la technique de production, il est avantageux, que par l'insertion d'un seul module de montage, on puisse en partant d'un interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut de type classique, réaliser un interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut, si le transformateur et le circuit électronique, y compris le cas échéant les diodes, sont montés sur une même platine, équipée de connexions pour l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur et de connexions pour le déclencheur de l'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut de type classique. On réalise un montage électronique fiable et économique avec de faibles dérives thermiques des valeurs de commutation, si la vanne électronique comporte un interrupteur à seuil de tension ayant une commutation très franche et une résistance d'entrée extrêmement élevée, dans lequel de préférence une micro-diode Zener compensée en température commande un double étage amplificateur transistorisé. Ce montage peut être réalisé économiquement du fait que le double étage amplificateur transistorisé peut comporter dans le premier étage un transistor dont on commande l'émetteur et qui contrôle un deuxième étage amplificateur consistant essentiellement en un montage en cascade de deux transistors. -4- L'énergie délivrée par le transformateur de courant totalisateur est convertie en une valeur utile avec de faibles pertes et des valeurs élevées de tension, si le circuit redresseur consiste en un montage à double redresseur demi-onde, avec deux condensateurs de charge et deux diodes, dans lequel les deux condensateurs de charge sont reliés chacun, d'une part à l'une des bornes de l'enroulement secondaire du transformateur, et d'autre part chaque fois à travers l'une des diodes à l'autre prise de l'enroulement secondaire du transformateur. Dans ce qui suit, l'invention sera décrite en détail à l'aide de la figure annexée, avec comme exemple un schéma de réalisation d'un interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut. L'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut sélectif désigné globalement par 1 comporte un transformateur de courant totalisateur 2, qui, est raccordé à l'enroulement primaire d'un transformateur 6 qui par son enroulement secondaire est branché à un circuit de déclenchement 12 indépendant de la tension du réseau Ce circuit consiste essentiellement en un circuit redresseur 5, comprenant les condensateurs 13, 14 servant à accumuler l'énergie de commande d'un déclencheur 15, représenté dans la figure uniquement par sa bobine d'excitation 16, et une vanne électronique 17 avec des composants 18 servant à sa commande en fonction de la tension de charge du pont redresseur 5. Le transformateur de courant totalisateur 2 entoure des conducteurs 3 représentés schématiquement par au moins deux brins d'un réseau quelconque, en l'occurrence dans les exemples choisis un réseau de courant alternatif 220 V ou 115 V de fréquence 50 Hz ou 60 Hz L'enroulement secondaire 4 du transformateur de courant totalisateur 2 est enroulé sur son noyau torique. Le nombre de spires doit être conformément à l'invention très faible, et compte dans les exemples d'exécution présentés environ 4 à 9 spires, un résultat particulièrement avantageux étant obtenu avec 6 spires, car déjà avec ce nombre de spires très réduit, un fonctionnement extrêmement fiable de l'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut est possible. Avec des nombres de spires plus élevés que ceux mentionnés ci-dessus, le montage est également très fonctionnel, lorsque le rapport de transfert de tension du transformateur est ajusté en conséquence, cependant il en découle une dépense supérieure en ce qui concerne la technique de fabrication de l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur, de sorte qu'il convient de ne pas dépasser environ 20 spires. Dans l'esprit de l'invention, on considère comme faible nombre de spires dans l'enroulement secondaire, un nombre de spires qui par utilisation 5- d'un transformateur librement choisi, est inférieur à des nombres de spires de l'enroulement secondaire d'un transformateur de courant totalisateur non associé à un transformateur approprié en aval, mais avec à peu près les mêmes valeurs de sortie. L'enroulement secondaire 4 du transformateur de courant totalisateur 2 est raccordé à l'enroulement primaire 7 du transformateur 6, dont l'enroulement secondaire 8 est relié au pont redresseur 5. Le rapport de transformation de tension du transformateur 6, en cas d'un enroulement secondaire du transformateur de courant de 6 spires, est de préférence tel, que pour une tension d'environ 60 m V appliquée à l'enroulement primaire 7, une tension d'environ 4 V apparaît à l'enroulement secondaire 8. Il convient de tenir compte, de façon connue, en ce qui concerne le rapport de transformation des tensions, que des pertes dans le transformateur apparaissent en cas de faibles courants et aimantations, en fonction du matériau utilisé pour le noyau du transformateur, ces pertes devant être compensées par une correction appropriée du rapport des spires entre enroulements primaire et secondaire. Avec les corrections correspondantes dans chaque cas, il est possible d'utiliser comme transformateur 6 un transformateur HF normal à noyau de ferrite. De préférence on utilisera un transformateur 6 dans lequel l'une des prises de l'enroulement primaire 7 et l'une des prises de l'enroulement secondaire 8 sont communes pour les deux enroulements, étant précisé que le fil de bobinage de l'enroulement primaire 7 a par exemple un diamètre de 0,3 mm et que le fil de bobinage de l'enroulement secondaire 8 a un diamètre de 0,05 mm par exemple. Entre le transformateur de courant totalisateur 2 et le transformateur 6, on peut intercaler des diodes 9,10 qui sont montées en sens antiparallèle aussi bien par rapport à l'enroulement secondaire 4 du transformateur de courant totalisateur 2, que par rapport à l'enroulement primaire 7 du transformateur 6 Ce montage est tel, qu'en- dessous de leurs tensions de diodes, pratiquement aucun courant ne circule, et qu'au-dessus de leurs tensions de diodes, la totalité du courant peut circuler. Du côté de la sortie et en parallèle avec l'enroulement secondaire 8 du transformateur 6, est branchée une résistance 11 Grâce à celle-ci, il est possible d'ajuster l'adaptation technique d'une part de la résistance d'entrée effective ou respectivement de l'impédance d'entrée effective, d'autre part également la résistance de sortie effective ou respectivement -6- l'impédance de sortie effective, du circuit formé par le transformateur 6 et la résistance 11. En outre, en vue de l'adaptation adéquate de la puissance du transformateur de courant totalisateur 2 en fonction du transformateur 6, on peut choisir de telle sorte l'impédance d'entrée effective du transformateur 6 y compris le circuit de déclenchement 12 avec la résistance 11, que cette impédance d'entrée soit égale à l'impédance de sortie de l'enroulement secondaire 4 du transformateur de courant totalisateur 2. Le circuit redresseur 5 consiste en un circuit à double redresseur demionde, dans lequel sont inclus deux condensateurs de charge 13, 14 ainsi que deux diodes 19, 20 qui conduisent aux condensateurs de charge 13, 14 montés en série, l'énergie délivrée chaque fois par le transformateur 6, afin de les charger de telle sorte que les tensions aux bornes des condensateurs de charge 13, 14 s'additionnent et que de ce fait on dispose pour la commande de la vanne électronique 17 d'une tension qui corresponde à peu près au double de la tension de charge de chacun des condensateurs 13, 14. Les deux condensateurs 13, 14 sont chaque fois raccordés par une des bornes à la première prise de l'enroulement secondaire 8 du transformateur 6, et chaque fois par l'autre borne à l'une des prises d'une diode 19, 20, la seconde prise des diodes 19, 20 étant raccordée chaque fois à la seconde prise de l'enroulement secondaire 8 du transformateur 6. En parallèle sur les deux condensateurs 13, 14, est montée une résistance 30 à haute valeur ohmique, qui éconduit les charges résiduelles et parasites des condensateurs 13, 14, et veille ainsi à assurer des conditions de sortie bien définies avant le déclenchement de l'interrupteur ou disjoncteur différentiel à courant de défaut, mais qui du fait de la constante de temps élevée du circuit RC formé par la résistance 30 et les condensateurs 13, 14, n'influencent pas notablement le processus de déclenchement. Le pont redresseur 5 est raccordé à l'enroulement 16 du déclencheur 15 et à la vanne électronique 17, la bobine d'excitation 16 et la vanne électronique 17 étant montées en série et en parallèle sur les condensateurs de charge 13, 14, de sorte que lors de l'ouverture commandée de la vanne électronique 17, les charges accumulées dans les condensateurs 13, 14 circulent dans la bobine d'excitation 16, et la vanne électronique 17 se décharge, les contacts de commutation du déclencheur 15 non représentés sur la figure étant alors actionnés De ce fait, le branchement de la voie 3 est coupé du réseau. -7- Les composants déjà mentionnés 18 servant à actionner la vanne électronique 17 en fonction de la tension de charge du circuit redresseur 5 veillent à ce que soit assurée une caractéristique de déclenchement temporisé fonction du courant, comme illustré sur la figure 6 de la DE-OS 38 07 935, étant précisé que les normes énoncées plus haut sont respectées Dans l'exemple d'exécution décrit, la commande s'effectue par l'intermédiaire d'un transistor 23, dont la voie émetteur-base est en série avec une microdiode Zener 24 Lorsque la tension accumulée sur les condensateurs de charge 13, 14, augmentée d'une tension directe de diode, atteint la tension Zener de la microdiode Zener, un courant Zener commence à circuler, qui s'écoule par la voie base-émetteur du transistor 23 et rend conducteur ce dernier. Comme le transistor 23 constitue une partie de la vanne électronique commandée 17, qui comprend d'autre part un montage en cascade connu en soi des transistors 26, 27 avec les résistances 25, 29 et le condensateur 28, et comme le montage en cascade assure une amplification de courant élevée tandis qu'en état de non-conduction des transistors 26, 27, la résistance du montage en cascade est élevée, on obtient avec la microdiode Zener 24 et la vanne électronique commandée 17 un interrupteur à seuil de tension ayant des pertes extrêmement réduites. Entre la microdiode Zener 24 et le condensateur de charge 14 est montée la diode 19 commandée dans le sens de conduction Cette diode compense par la tension créée dans le sens de conduction, la chute de tension apparaissant sur la voie émetteur-base du transistor 23 Du fait de cette compensation de tension, on supprime également pratiquement le phénomène de la dérive thermique du transistor 23, étant donné que la diode 19 présente une dérive thermique analogue puisqu'elle est disposée à proximité du transistor 23 et est également pratiquement à la même température que le transistor 23. Comme la microdiode Zener présente une courbe thermique très peu importante, la caractéristique de commutation de la vanne électronique commandée 17 est globalement sujette à des variations thermiques extrêmement réduites. -8- REVENDICATIONS 1 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut, avec un transformateur de courant totalisateur et un déclencheur dont la bobine d'excitation est branchée sur l'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur à travers un circuit de déclenchement indépendant de la tension du réseau, comprenant un circuit redresseur qui délivre à au moins un condensateur de charge l'énergie nécessaire pour actionner le déclencheur, ainsi qu'une vanne électronique commandée en fonction de la tension accumulée dans le condensateur de charge en vue du déblocage de cette énergie vers la bobine d'excitation du déclencheur, caractérisé par le fait que l'enroulement secondaire ( 4) du transformateur de courant totalisateur ( 2) comporte un faible nombre de spires et qu'il est branché sur l'enroulement primaire ( 7) d'un transformateur ( 6) dont l'enroulement secondaire ( 8) est raccordé au circuit redresseur ( 5). 2 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la vanne électronique ( 17) consiste en un interrupteur à seuil de tension ( 18) ayant une commutation extrêmement franche et une résistance d'entrée extrêmement élevée, dans lequel de préférence une microdiode Zener ( 24) commande un double étage amplificateur transistorisé. 3 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'enroulement secondaire ( 8) du transformateur ( 6) est branché sur une résistance ( 11) qui est montée en parallèle sur l'enroulement secondaire ( 8) et qui permet d'ajuster d'une part l'impédance effective d'entrée et d'autre part l'impédance effective de sortie du circuit formé par le transformateur ( 6) et la résistance ( 11). 4 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'enroulement primaire ( 7) et l'enroulement secondaire ( 8) du transformateur ont une prise commune, et que le fil de bobinage de l'enroulement primaire ( 7) est de diamètre différent de celui du fil de bobinage de l'enroulement secondaire ( 8). Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'entre l'enroulement secondaire ( 4) du transformateur de courant totalisateur ( 2) et l'enroulement primaire ( 7) du transformateur ( 6) est insérée une paire de diodes ( 9,10) en montage anti-parallèle tel, que pratiquement aucun courant ne circule en-dessous de la tension de conduction, -9- et que pratiquement la totalité du courant circule au-dessus de la tension de conduction. 7 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit redresseur ( 5) consiste en un circuit redresseur double à demi-ondes, avec deux condensateurs de charge ( 13,14) et deux diodes ( 19,20), dans lequel les deux condensateurs ( 13,14) sont chaque fois reliés d'une part à l'une des prises de l'enroulement secondaire ( 8) du transformateur ( 6), et d'autre part à travers l'une des diodes ( 19,20) à l'autre prise de l'enroulement secondaire ( 8) du transformateur ( 6). 8 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le double étage amplificateur transistorisé comprend, dans un premier étage un transistor ( 23) dont l'émetteur est contrôlé et qui commande un second étage amplificateur, consistant essentiellement en un montage en cascade de deux transistors ( 26,27). 9 Interrupteur ou disjoncteur différentiel sélectif à courant de défaut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans le pont redresseur ( 5), la diode ( 19) montée dans le sens de conduction est insérée entre le condensateur de charge ( 14) et la microdiode Zener ( 24), et que sa tension engendrée dans le sens de conduction compense précisément la tension décroissante sur le trajet émetteur-base du transistor ( 23) dans le sens de conduction.