Brevet FR2702315A1 — publié le 19940909

DESCRIPTION L'invention concerne un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut avec un transformateur de courant totalisateur et avec un circuit de déclenchement dans lequel un premier interrupteur électronique est actionné par le courant de défaut apparaissant dans le transformateur de courant totalisateur, et qui du fait de sa commutation actionne un déclencheur qui coupe au moins une phase du réseau. Avec un tel interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut on évite que, grâce à la coupure d'au moins une phase du réseau, de l'énergie électrique continuant à circuler à partir du réseau provoque des dommages à des personnes ou à des installations électriques Les interrupteurs différentiels sélectifs à courant de défaut sont en règle générale très fiables mais dans une large mesure indépendants des fluctuations du réseau, étant donné que le transformateur de courant totalisateur d'entrée ne saisit que des différences d'intensité des courants circulant dans les conducteurs électriques qu'il entoure L'apparition de surtensions peut toutefois provoquer également des dommages aux installations électriques et par suite dans certaines conditions des dommages aux personnes De même, un comportement défectueux d'installations électroniques dû à une surtension et ayant passé inaperçu d'abord, comme par exemple une commutation erronée de signaux logiques dans des circuits digitaux, peut par la suite avoir des conséquences très fâcheuses Toutefois il est vrai que des alimentations de courant exemptes d'interruptions sont largement en usage dans des installations sensibles, or celles-ci ne protègent pas en général contre les surtensions A cet effet il faut installer spécialement des circuits de protection complémentaires contre les surtensions, ce qui nécessite des câblages supplémentaires et de la place pour les loger. Indiscutablement, l'objet de l'invention est de créer un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut de sécurité renforcée, d'un coût favorable, simple à installer et n'exigeant pas de place additionnelle. Selon l'invention, on prévoit à cet effet que dans l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut mentionné au début, un circuit de saisie d'une surtension est combiné avec le circuit de déclenchement de façon telle, qu'en cas d'apparition d'une surtension, il commute le premier interrupteur électronique pour actionner ainsi le déclencheur. De cette façon on élabore un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut qui réagit aussi bien en cas de courant de défaut qu'en cas de surtension, par coupure d'au moins une phase du réseau L'intégration des -2- composants électroniques dans un boîtier unique réduit l'encombrement et supprime les frais d'installation additionnelle. Grâce à un montage qui permet de régler la valeur de surtension qui déclenche l'interrupteur électronique, le système peut s'adapter à des conditions d'application quelconques Dans le cas d'appareils électriques domestiques, une valeur de surtension de 300 V efficaces s'est avérée valable Mais cette valeur peut être ajustée, en cas de montages électroniques plus sensibles, à des niveaux plus proches de la tension nominale, et également en cas d'appareils électriques moins sensibles comme par exemple des moteurs ou appareils de chauffage, à des niveaux plus élevés par rapport à la tension nominale Grâce à un deuxième interrupteur électronique dans le système, servant à la saisie d'une surtension, le seuil de déclenchement fonction de la tension peut être déterminé plus exactement, et la sécurité de la commutation se trouve améliorée En tant que composants économiques et fiables, des transistors programmables Unijunction et des thyristors se sont révélés valables Dans un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut doté d'un accumulateur d'énergie électrique qui crée une temporisation de déclenchement fonction du courant de défaut, cet accumulateur d'énergie électrique est également utilisable pour le déclenchement en fonction des surtensions. Si on branche le circuit de saisie d'une surtension en parallèle sur l'accumulateur d'énergie électrique, cela se traduit par une temporisation du déclenchement en fonction d'une surtension De ce fait, il a été tenu compte que des surtensions plus fortes nécessitent un déclenchement plus rapide En outre, des pointes de surtension transitoires peuvent être filtrées, moyennant une faible puissance effective, par l'accumulateur d'énergie électrique, et n'aboutissent pas à des coupures indésirables du réseau. Avec un montage à deux étages résistifs, dont le premier étage diviseur de tension fournit en cas de surtension essentiellement l'énergie électrique d'alimentation du premier et du deuxième interrupteur électronique ainsi que du déclencheur, et dont le deuxième étage diviseur de tension engendre essentiellement la tension appliquée à l'entrée de commande du deuxième interrupteur électronique, il est possible d'assurer un déclenchement fiable avec un faible prélèvement de puissance, même s'il s'agit d'un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut sans alimentation en courant externe. L'invention va être décrite en détail dans ce qui suit, avec référence aux dessins annexés, qui représentent: -3- Fig 1 est un schéma-bloc des connexions de l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut avec une protection contre les surtensions; Fig 2 est un plan de montage électrique d'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut avec protection contre les surtensions, et Fig 3 représente la temporisation de déclenchement de l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut en fonction de la surtension. L'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut avec sécurité renforcée consiste essentiellement en un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut 1 de construction usuelle, de préférence en un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut à caractéristique de déclenchement fonction de l'intensité du courant, et en un circuit 2 de saisie d'une surtension L'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut 1 est logé avec le circuit 2 dans un boîtier commun 3. Le transformateur de courant totalisateur 4 de l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut 1 entoure par son enroulement primaire des tronçons de conducteurs 5, 6, parcourus par les tensions et intensités concernant les circuits d'alimentation 10 des appareils utilisateurs à surveiller L'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur 4 est raccordé à un circuit de déclenchement 7, qui actionne un déclencheur 8. Dans l'exemple d'exécution présenté, le déclencheur 8 consiste en un relais bistable dont les contacts 9 provoquent en cas de coupure du réseau, un découplage galvanique intégral du circuit d'alimentation 10 du côté des appareils utilisateurs, par rapport au réseau de distribution public 11 Le relais est logé dans le présent exemple d'exécution avec sa bobine et ses contacts 9 en un boîtier commun; toutefois ce relais peut également être prévu sous forme de relais à palette mobile dont les contacts sont éloignés de la bobine et ont une liaison mécanique avec la palette mobile Le déclencheur 8 peut consister aussi en un interrupteur statique tel que par exemple un thyristor, un triac, un diac ou un transistor. L'enroulement secondaire du transformateur de courant totalisateur 4 est relié à l'enroulement 13 du relais du déclencheur 8 par l'intermédiaire d'un redresseur 12 en amont du courant et à travers le premier interrupteur électronique 14 en aval du courant. L'interrupteur électronique 14 consiste en un thyristor 15, dont la voie anode-gate est pontée par une diode Zener 16 montée en inverse. -4- L'interrupteur électronique 14 peut également consister en composants électroniques quelconques qui en cas de dépassement d'un seuil de tension passent à un état conducteur, lequel provoque l'actionnement du déclencheur 8. Un accumulateur d'énergie électrique formé par un condensateur 17 est branché en parallèle sur le circuit comprenant en série l'enroulement 13 du relais et l'interrupteur électronique 14 L'accumulateur d'énergie électrique 17 engendre de façon connue en soi la temporisation de déclenchement en fonction du courant de défaut d'un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut. Le circuit 2 de saisie d'une surtension est branché à la sortie en parallèle sur l'accumulateur d'énergie électrique 17. A l'entrée, le circuit 2 est raccordé à travers un premier étage diviseur de tension formé par les résistances 18, 19, avec les conducteurs 5, 6 La sortie du premier étage diviseur de tension est raccordée dans un premier exemple d'exécution à l'entrée d'un deuxième interrupteur électronique 20, dont la sortie est branchée à travers un redresseur 21 aussi bien au redresseur 12 qu'à la bobine du relais 13. D'autre part, la sortie du premier étage diviseur de tension est raccordée au conducteur 5 par l'intermédiaire d'un deuxième étage diviseur de tension comprenant une résistance 22 et un potentiomètre 23 Le potentiomètre 23 est raccordé par sa prise de résistance variable à la sortie du deuxième étage diviseur de tension, à laquelle est branchée l'entrée de commande du deuxième interrupteur électronique 20. A l'aide du potentiomètre 23 il est possible de régler la tension de commutation appliquée sur le deuxième interrupteur électronique 20 à travers la résistance 22, et de cette façon, il est possible de régler la surtension qui doit provoquer la coupure. La résistance de sortie du premier étage diviseur de tension a une valeur telle que lorsque le deuxième interrupteur 20 est à l'état conducteur, suffisamment de puissance électrique est mise à disposition pour la commutation du premier interrupteur électronique 14 et du déclencheur 8 Une tension de sortie de 10 V aux bornes de sortie du premier étage diviseur de tension s'est avérée suffisante. Dans le premier exemple d'exécution, le deuxième interrupteur électronique 20 consiste en un transistor programmable Unijunction PUT Un conducteur 27 relie la prise inférieure de l'accumulateur d'énergie 17 au conducteur 5 Dans ces conditions, les composants 25, 26 du circuit 2, figurant sur la fig 2 dans un rectangle en pointillés, ne sont pas présents. -5- Dans un deuxième exemple d'exécution, le deuxième interrupteur électronique 20 consiste en un thyristor 25 dont l'entrée de commande gachette est reliée à la sortie du deuxième étage diviseur de tension Ce deuxième interrupteur électronique 25 raccorde la sortie du premier interrupteur électronique 14 au conducteur 5, et dans le circuit 2 ne sont pas prévus le transistor PUT 20, le conducteur de liaison 27 et le redresseur 21 Dans ce cas, un redresseur 26 relie la sortie du premier étage diviseur de tension aussi bien au redresseur 12 et à la bobine du relais 13. Dans les deux exemples d'exécution, il se crée par la présence de l'accumulateur d'énergie électrique 17 une temporisation du déclenchement, celle-ci étant plus brève en cas de surtension assez élevée, et plus longue en cas de surtension plus faible La temporisation de déclenchement en fonction de la surtension est représentée à titre d'exemple sur la fig 3, pour différentes valeurs de surtensions Les valeurs de temporisation peuvent toutefois être sélectionnées dans une large mesure en variant la capacité du condensateur 17 et les valeurs ohmiques des résistances 18, 19. Des pointes de tension transitoires de faible puissance efficace ne sont en général pas suffisantes pour que la tension de déclenchement, apparaissant au condensateur 17 pour le premier interrupteur électronique 14, s'élève suffisamment pour que ce dernier soit activé en état conducteur et qu'il actionne le déclencheur 8. Conformément à l'invention, divers composants de commande électriques réglables sont également utilisables pour le deuxième interrupteur électronique 20 ou respectivement 25 Les redresseurs 12, 21 et 26 peuvent consister en de simples diodes assurant un redressement demi-ondes, ou en variante en un redresseur pleine onde ou encore en un état doubleur de tension. Normalement, du fait du circuit 2 le comportement de l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut 1 n'est pas influencé en cas de tension nominale avec de faibles surtensions; toutefois le cadre de l'invention englobe le raccourcissement de la temporisation de déclenchement fonction d'un courant de défaut, en cas d'une surtension supérieure au seuil de déclenchement, du deuxième interrupteur 20 et inférieure au seuil de déclenchement du premier interrupteur 14. -6- REVENDICATIONS 1 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut, avec un transformateur de courant totalisateur et un circuit de déclenchement dans lequel un premier interrupteur électronique est actionné par le courant de défaut apparaissant dans le transformateur de courant totalisateur, et commande lors de sa commutation un déclencheur, qui coupe au moins une phase du réseau, caractérisé par le fait qu'un circuit ( 2) de saisie d'une surtension est raccordé au circuit de déclenchement ( 7) de telle façon que ce circuit ( 2) actionne en cas d'apparition d'une surtension le premier interrupteur électronique ( 14) et par conséquent le déclencheur ( 8). 2 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de saisie d'une surtension ( 2) comporte un montage ( 18,19, 22,23) pour le réglage de la surtension déclenchant l'interrupteur électronique ( 14). 3 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu un deuxième interrupteur électronique ( 20, 25) servant à la commande du premier interrupteur électronique ( 14) en fonction de la surtension. 4 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le deuxième interrupteur électronique est un transistor programmable Unijunction ( 20). Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le deuxième interrupteur électronique est un thyristor ( 25). 6 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut ( 1) est un interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut doté d'un accumulateur d'énergie électrique ( 17) qui engendre une temporisation de déclenchement fonction du courant de défaut. 7 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le circuit de saisie d'une surtension ( 2) est monté en parallèle sur l'accumulateur d'énergie électrique ( 17), et que l'accumulateur d'énergie électrique ( 17) engendre une temporisation de déclenchement en fonction de la surtension. 8 Interrupteur différentiel sélectif à courant de défaut selon les revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que le montage ( 18,19, 22,23) est un circuit de résistance à deux étages, dont le premier étage diviseur de tension ( 18, 19) délivre en cas de surtension l'énergie électrique pour la -7- commande du premier et du deuxième interrupteur électronique ( 14, 20, 25) et du déclencheur ( 8), et dont le deuxième étage diviseur de tension ( 22, 23) engendre essentiellement la tension appliquée à l'entrée de commande du deuxième interrupteur électronique ( 20, 25).