Brevet FR2697384A1 — publié le 19940429

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN RESEAU ELECTRIQUE CONTRE DES ANOMALIES DE TENSION DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif de protection d'un réseau électrique contre des anomalies de tension. Les réseaux électriques usuels sont protégés contre les surchages électriques et les courts-circuits par des disjoncteurs, mais ces dispositifs sont inopérant s quand un e surtensi on appa ra9 t su r le réseau : une telle situation est ainsi produite quand la ligne de neutre du réseau prend un potentiel électrique anormal après une coupure, un contact accidentel d'un objet extérieur ou une ;se à un autre potentiel. On arrive alors souvent à une condition de ne ut r e f I ott an t , où la 1 i gn e d e ne ut r e es t à un potentiel arbitraire déterminé entre autres par les appareils en service chez les autres abonnés du réseau. Ces apparei Is qui sont en servi ce sur le réseau risquent d'être endommagés par les surtensions. Les sous-tensions qui peuvent aussi apparaître sont également nuisibles pour certains apparei Is. Il existe des dispositifs, dont le brevet français 2 671 240 illustre une réalisation, qui permettent de détecter les surtensions dues aux variations du potentiel de neutre et d'ouvrir le disjoncteur, mais le fonctionnement du réseau est interrompu jusqu a ce que le disjoncteur soit réarmé, même si l'anomalie n'est que de courte durée, et l'invention est précisément relative à un dispositif conçu pour que le réseau soit remis en service quand la situation le permet de nouveau. Le dispositif comprend un moyen de mesure des anomalies de tension entre deux lignes du réseau ainsi qu'un moyen de commande comprenant un relais composé d'un interrupteur apte à fermer ou ouvrir une ligne du réseau et d'une bobine de commande de l'interrupteur, qui est excitée dès qu'une anomalie de tension apparaît et commande l'ouverture de l'interrupteur. Il est cependant nécessaire de se prémunir contre un danger. Dans Les conditions habituelles de neutre flottant branché sur un réseau de courant alternatif, le potentiel du neutre varie sans cesse et passe très souvent par sa valeur normale. Il ne faut pas que le dispositi f interprète ce passage comme un r établissement de l'état normal du réseau et relâche alors l'interrupteur, car le réseau et la charge qu'il alimente subiraient d'incessantes commutations d'ouverture et de fermeture. C'est pourquoi le dispositif comprend encore une minuterie qui maintient la bobine excitée pendant un temps minimal après la disparition de l'anomalie. Avantageusement, le dispositif comprend encore un détecteur de zéro faisant office de temporisateur qui ne permet l'excitation de la bobine que quand une différence de potentiel inférieure à un seuil existe entre les lignes du réseau : on tolère des anomalies de tension brèves sur le réseau, que le dispositif n'ouvre que quand un faible courant y circule, afin d'éviter des arcs et des phénomènes analogues. Les moyens de mesure et de commande peuvent être conçus pour fonctionner pou r des sous-tensions du réseau comme pour des surtensions. On va maintenant décrire une réalisation non limitative de l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes - la figure 1 est une vue du dispositif, et - la figure 2 i Illustre une variante du dispositif, et - la figure 3 i Illustre une application du dispositif. Le dispositif comprend un raccord RN à la ligne de neutre e t un raccord RPh à une ligne de phase du réseau. On trouve successivement entre ces raccords et en parallèle à une diode de type Transi I 1 qui absorbe les surtensions de haute fréquence, un transformateur à saturation 2 qui écrête la tension de sortie à 30 volts, un pont redresseur 3, un condensateur 4 de fi Itrage , un voyant lumineux 5 en série avec une résistance et drldicateur du bon état de l'alimentation, un régulateur de tension 6 et deux autres condensateurs 7 et 8 de filtrage en parallèle. Tous ces dispositifs ont pour but de transforme r la tension alternative entre les raccords RN et RPh en une tension d'alimentation VC C presque parfaitement continue à L'extrémité du raccord de phase RPh, l'extrémité du raccord au neutre Rn étant mise à la masse M. La va leur de cette tension d 'alimentation VCC peut être de 12 volts si la tension entre les raccords est de 240 volts, et s'élève dans le même rapport jusqu'à 30 volts si une surtension apparaît au réseau. Un circuit 9 est branché aux raccords RN et RPh, entre le transformateur à saturation 2 et le pont redresseur 3. Il est ramifié en deux boucles dont chacune porte une photodiode d'un composant MOC 10 dont les phototransistors sont situés sur un circuit 11 et branchés entre l'alimentation VCC et la masse M via une résistance 12. De p lus les émetteurs des deux phototransistors sont tous deux branchés à une borne d'entrée d'une porte NON-ET 13. Quand une différence de tension existe entre les raccords RN et RPh, une des photodiodes est traversée par du courant (et une seule, car elles sont situées tête-bêche sur les boucles du circuit 9) et le phototransistor associé à cette photodiode devient passant.La borne d'entrée de la porte N ON-E T 13 est mi se sens i b le men t a u potentiel de la masse M, c'est-à-dire à l'état logique égal à 0. Si les tensions dans les raccords RN et RPh sont comparables, les deux transistors sont bloquants et la borne d'entrée de la porte NON-ET 13 est mise à un potentiel plus proche de la tension d'alimentation VCC, correspondant à un état logique 1. Un autre circuit 14 est branché par une extrémité au raccord de phase RPh entre le pont redresseur 3 et le condensateur 4. Il comprend un condensateur 15, mis par ailleurs à la masse M et qui fait office de filtre passe-bas pour éliminer les surtensions de haute fréquence, un potentiomètre 16 en parallèle au condensateur 15, et la ligne 17 connectée au contact mobile du potentiomètre 16 est reliée à la borne positive d-'un soustracteur 18 ; une diode Zener 19 reliée à la masse M permet de limiter à 12 volts la tension sur la ligne 17. La tension d'alimentation VCC est reliée à la borne d'entrée négative du soustracteur 18, et une autre diode Zener 20 reliée à la masse M fixe à 6 volts la tension sur la ligne 21 correspondante. Le potentiomètre 16 permet d'obtenir le réglage de seuil souhaité : des que la tension sur la li gn e 1 7 dépasse 6 volt s e n conséquence d'une surtension sur le raccord de phase RPh, un état logique 1 apparaît à la sorti e du soustracteur 18 et est appliqué par une Ligne 22 à l'autre borne d'entrée de la porte NON-ET 13. Un signal de sortie à l'état logique O apparat à La sortie de la porte NON-ET 13 seulement quand ses deux bornes d'entrée sont à la valeur 1, c 'est-à-dire quand une surtension entre les raccords de p ha se RPh e t de neut re RN, exprimée en valeur efficace et mesurée sur une tension redressée, coïncide avec un passage du potentiel si nusoida I du raccord de phase RPh au potentiel du raccord de neutre RN. La coupure du réseau qui est maintenant commandée e t dont on va décrire le procédé intervient donc à un moment où le courant ne circule pas ou guère dans le réseau.Le signal de sortie de la porte NON-ET 13 est appliqué aux deux bornes d'entrée d'une seconde porte NON-ET 39 qui joue le rôle d 'inverseur, et un signal positif est donc émis vers une bascule 23, qui communique un signal d'état logique 1 à la base d'un transistor 24 branché par une ligne 25 entre la tension d'alimentation VCC et la masse M. Le transistor 24 devient passant et laisse le courant circuler à travers la ligne 25, sur laquelle une bobine 26 de relais est placée. La bobine 26 est excitée et déplace un interrupteur 27 qui ouvre la ligne de phase Ph du réseau électrique. Un voyant lumineux 28 disposé sur la ligne 25 signale cet état d'excitation de la bobine 26 et d'activité du dispositif. Il est de préférence bicolore et prend la couleur verte quand le transistor 24 est bloquant, et la couleur rouge quand l'interrupteur 27 est ouvert. Il est cependant éteint quand le dispositif est hors de service et que la tension d'alimentation VCC est défaillante. Une diode 36 parallèle à la bobine 26 empêche la destructio n du transistor 24 en écrêtant les surtensions. Le signal de La bascule 23 est également envoyé par une ligne 29 à une borne d'entrée d'une porte NON-ET 30 dont l'autre borne d'entrée est reliée à la sortie du soustracteur 18, via une porte NON-ET préliminaire 31 jouant le rôle d' inverseur puisque ses deux bornes d'entrée sont reliées à la sorti e du soustracteur 18. Une troisième porte NON-ET 32 faisant office d'inverseur d'état logique est disposée à la sortie de la porte NON-ET 30 et on trouve ensuite une minuterie 33 qui n'émet, en réponse à un signal positif reçu de la porte NON-ET 32, un signal positif sur une ligne de sorti e 34 qu'après un temps déterminé qui peut être de quelques secondes seulement.La ligne de sortie 34 est reliée à la base d'un transistor 35 qui devient passant a lors et laisse du courant passer par son émetteur et son collecteur, qui sont situés entre la tension d 'alimentation VCC et la bascule 23 ; cette dernière interrompt l'état positif à sa sortie : transistor 24 et la bobine 26 sont remis au repos et la ligne de phase Ph est remise en service, à moins que les conditions d'anomalie du réseau, exprimées par un état logique égal à 1 à la sorti e des portes NON-ET 39 et 32, ne subsistent. La figure 2 représente les modifications apportées au dispositif pou r le rendre apte à détecte r également des sous-tensions du réseau. Il comprend un second soustracteur 18' branché en parallèle à l'autre (18) mais avec une inversion du branchement de ses bornes d'entrée, c'est-à-dire que sa borne positive est reliée à la tension d'alimentation VCC et sa borne négative à la ligne 17. Les bornes de sortie des deux soustracteurs 18 et 18' se rejoignent avant la porte NON-ET 31 préliminaire qui est ainsi alimentée par la somme des états logiques déterminés par les soustracteurs. Des diodes 38 et 38' empêchent le retour de courant vers les soustracteurs 18 et 18' et réalisent ainsi la fonction "OU". La figure 3 représente le dispositif dans une application particulière. Il est référencé par 40 et comprend un boit; er muni d'éléments de connexion électrique qui permettent de l'insérer entre une prise 41 murale et une fiche 42 de câble 43 d'un appareil électrique Q constituant la charge du réseau. Il comprend encore des prolongements de neutre et de phase PN et PPh d'où partent les raccords RN et RPh et qui relient les lignes de neutre N et de phase Ph aux fils conducteurs 44 du câble 43. L'interrupteur 27 est situé devant une interruption du prolongement PPh Le dispositif pourrait aussi être placé sur un tableau modulaire de disitribution ou dans une rallonge de câble. Le seuil de surtension peut être de 250 volts entre les deux lignes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'un réseau électrique constitué par deux lignes (N, RN; Ph, RPh) contre des anomalies de tension entre les deux lignes, comprenant un moyen de mesure des anomalies (18), caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur (27) branché sur le réseau, et un moyen de commande (23) de l'interrupteur comprenant une bobine (26) excitée quand une anomalie existe, ainsi qu'une minuterie (33) qui maintient la bobine excitée pendant un temps minimal après la disparition des anomalies. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur de zéro (9, 10) qui ne permet l'excitation de la bobine (26) que quand une différence de potentiel inférieure à un seuil existe entre les deux lignes. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le- moyen de mesure et le moyen de commande sont conçus pour fonctionner pendant des sous-tensions du réseau comme pendant les surtensions.