Brevet FR2737615A1 — publié le 19970207

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UNE INSTALLATION ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif de protection d'une installation électrique équipée d'un appareil de protection amont, contre un arc amorcé dans l'installation. L'invention concerne également un procédé pour protéger une telle installation électrique ainsi que l'application d'un tel procédé à la protection d'un tableau électrique. L'apparition d'un arc de défaut dans une installation électrique, par exemple entre les barres d'un tableau électrique, est un accident dont la probabilité est faible si l'installation est bien conçue, mais néanmoins non nulle. Les causes d'apparition d'un arc de défaut dans une installation sont diverses. Elles peuvent résulter d'un affaiblissement progressif de la résistance d'isolement entre les phases, dû par exemple à des dépôts de condensation ou de poussières, à l'introduction accidentelle d'un outil, ou encore à des surtensions anormales dépassant la tenue diélectrique normale de l'installation. Les arrivées et les jeux de barres des tableaux électriques sont souvent munis d'un disjoncteur de protection assurant la coupure de l'alimentation en cas de surintensité anormale, quelle qu'en soit la cause. En général, ces disjoncteurs sont non seulement réglés à un certain seuil, mais également temporisés pour éviter les déclenchements intempestifs en cas de surintensités très 2 2737615 brèves et les arrêts d'exploitation qui en résulteraient. Un arc de défaut peut s'amorcer dans une installation et l'intensité de l'arc peut être inférieure au seuil de règlage de déclenchement du disjoncteur. Dans ce cas notamment, l'arc a le temps de provoquer d'importants dégâts avant que l'appareil de coupure amont ne déclenche l'alimentation. Il s'est donc posé le problème de provoquer instantanément la coupure de l'alimentation en cas d'amorçage d'arc, indépendamment des paramètres de règlage de l'appareil de protection. Le terme "instantanément" doit être pris dans le sens que lui donnent les techniciens du secteur électro-mécanique. Plusieurs solutions ont été proposées pour détecter un arc amorcé et agir sur un système de protection. Le brevet suisse NI CH 370 158 et la demande de brevet allemand DE-1 908 785 décrivent des dispositifs de détection d'amorçage au moyen d'éléments photo-électriques réagissant à la lumière provoquée par l'amorçage un signal électrique est transmis à une commande qui effectue la coupure de la partie concernée de l'installation. Le brevet FR-2 505 051 (Sprecher et Schuh) propose de détecter l'augmentation de pression générée par l'arc, celle-ci agissant sur une pièce mobile qui, par son déplacement, coupe un faisceau lumineux; un détecteur photo-électrique du faisceau donne un ordre de déclenchement à un disjoncteur. Le brevet FR 2 609 553 (Merlin Gerin) décrit un dispositif de détection basé sur la mesure du degré d'ionisation des gaz émis par le plasma d'arc au moyen 3 2737615 d'une électrode qui envoie un signal électrique à une diode électroluminescente. Le signal optique délivré par la diode est transmis par une fibre optique à un bloc de traitement qui pilote le déclenchement du disjoncteur. Le brevet FR 2 621 748 (Merlin Gerin) décrit un déclencheur statique d'un disjoncteur comprenant plusieurs détecteurs photo-électriques d'arc dont les signaux sont appliqués à un ensemble de traitement pour provoquer un déclenchement lorsque les signaux de défaut dépassent simultanément un seuil pré-déterminé. Le brevet FR 2 527 381 (Merlin Gerin) propose un dispositif de protection basé sur une analyse permanente de la tension entre les phases du circuit de puissance. En cas de défaut avec arc, cette tension prend une allure caractéristique qu'un circuit analogique de discrimination peut distinguer de la tension en l'absence d'arc. Le circuit traite le signal et élabore le processus de déclenchement dans des conditions pré-déterminées. La demande de brevet internationale WO 91/158 90 (White) décrit un détecteur de défaut d'amorçage d'arc basé sur le contrôle d'une pluralité de paramètres électriques, testés par rapport à des paramètres prédéterminés afin d'établir une série de conditions logiques relatives à la présence d'un défaut d'amorçage. Un circuit logique combine ces conditions afin de décider de la présence d'un amorçage. Un signal de sortie du circuit logique active un relais destiné à interrompre l'alimentation électrique de l'installation. 4 2737615 Les dispositifs de l'art antérieur utilisant des capteurs photosensibles présentent plusieurs inconvénients: - sur les installations importantes il est nécessaire de prévoir plusieurs capteurs en des endroits différents, pour éviter qu'un arc ne soit pas détecté: - risque de confusion entre la lumière d'un arc de défaut et celles d'autres sources de lumière - complexité, fiabilité et coût d'un tel système. Les dispositifs basés sur l'analyse des différences des tensions électriques en présence et en absence d'arc présentent également des inconvénients: - la mesure et l'analyse des signaux nécessitent une certaine durée - complexité, fiabilité et coût de l'électronique de traitement. L'ensemble des dispositifs de l'art antérieur fait appel à une étape de mesure d'une propriété physique, optique, électrique, mécanique ou thermique de l'arc amorcé, à une étape d'analyse et de comparaison avec une situation en l'absence d'arc, suivie ou non d'un ordre de commande d'un dispositif de coupure. Ces dispositifs sont donc obligatoirement relativement complexes et chers. De plus, ils sont susceptibles d'erreurs d'analyse. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de protection d'une installation électrique du type défini plus haut qui soit à la fois simple, bon marché et efficace. Ce but est atteint grâce à un dispositif de protection qui comprend - un élément destructible au contact de l'arc - un contact électrique susceptible de se trouver dans deux états différents, relié à l'appareil de protection amont de l'installation de telle façon que le changement d'un premier état à un autre état commande le fonctionnement instantané dudit appareil de protection amont. - des moyens d'actionnement faisant passer ledit contact électrique d'un état à l'autre et, dans lequel la destruction dudit élément destructible met en oeuvre instantanément lesdits moyens d'actionnement. L'appareil de protection amont peut notamment être un disjoncteur, un interrupteur, un thyristor, éventuellement être doublé d'un court-circuiteur. L'invention repose sur le constat suivant: lors d'un défaut d'arc interne sur un jeu de barres, l'arc, sous l'effet des forces électrodynamiques, se déplace rapidement sur le jeu de barres en s'éloignant de la source. Pendant le déplacement, l'arc ne fait pratiquement pas de dégâts et ce n'est que lorsqu'il rencontre un obstacle qui empêche momentanément son déplacement qu'il cause des dégâts très importants tels que fusion des matériaux conducteurs, incendies, explosions sous l'effet de la pression et de la chaleur dégagées localement. Ces obstacles sont notamment les supports de barres, les traversées de colonnes, l'extrémité du jeu de barres parcouru par l'arc. Lors d'un amorçage d'arc sur un dispositif de connexion, des bornes d'appareil, des têtes de câbles, etc, l'arc peut causer des dégâts importants avant tout déplacement: ces éléments constituent également des obstacles au déplacement de l'arc. 6 2737615 Bien que le déplacement d'un arc de défaut soit partiellement aléatoire, l'homme du métier sait le prévoir dans une large mesure et sait repérer, dans une installation électrique, les éléments qui peuvent constituer des obstacles pour un arc. Selon le procédé conforme à la présente invention, c'est à l'emplacement ou à proximité de ces obstacles que l'on implante un ou plusieurs dispositifs selon l'invention. L'invention s'applique avantageusement à la protection des tableaux électriques mais n'est nullement limitée à cette application. Elle peut s'appliquer par exemple à une machine, un moteur, un pont de barres, un transformateur. L'invention présente l'avantage de ne mettre en jeu que des pièces électriques et électromécaniques extrêmement simples, fiables et bon marché. Elle sera mieux comprise de l'homme du métier grâce à la description de deux modes de réalisation préférés et aux dessins d'accompagnement, dans lesquels la figure 1 montre une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention la figure 2 montre une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Le dispositif montré sur la figure 1 est constitué d'un support 2 équipé d'un fusible 1 avec un pôle 3 relié au jeu de barres 4, l'autre pôle 5 étant en l'air. On peut utiliser par exemple comme fusible un fusible taille 14-51, calibre 2A, type gl avec percuteur. Le support est muni de 7 2737615 moyens de positionnement pour permettre de le placer aux endroits choisis par l'homme du métier, notamment devant les obstacles à la progression de l'arc. Le dispositif et notamment la partie du fusible qui est en l'air, est disposé de façon à ce que l'arc, sur son trajet, se propage sur cette partie, provoquant ainsi sa fusion. La fusion du fusible peut être détectée par tout moyen classique connu de 1 'homme du métier. Un moyen préféré est constitué d'un percuteur 6 et d'un contact électrique 7 donnant un ordre de fonctionnement au dispositif de protection amont 8, par l'intermédiaire d'une boucle de liaison 9, actionnant par exemple l'ouverture d'un disjoncteur. Le dispositif montré par la figure 2 est constitué d'un fil de garde 1' passant aux endroits susceptibles d'être parcourus par l'arc. Le fil de garde peut passer à proximité immmédiate de points o un arc a le plus de chances d'être maintenu. 4' symbolise des éléments tels que des barres ou des bornes de connexion. Ce fil est tendu, et la tension du fil maintient un contact électrique 7' dans sa position enfoncée c'est à dire dans un premier état. La chaleur dégagée par l'arc électrique provoque la fusion du fil tendu, provoquant ainsi le changement d'état du contact électrique 7' donnant un ordre de fonctionnement au dispositif de protection amont 8', qui peut être également constitué d'une boucle de liaison 9' commandant l'action d'ouverture d'un disjoncteur. Le dispositif de protection selon l'invention a été décrit ci-dessus comme agissant sur un appareil de coupure amont pré-existant sur l'installation. Il va de soi que le dispositif peut également comporter un appareil de coupure spécifique, ou tout autre appareil tel qu'un court- 8 2737615 circuiteur, qui remplace ou complète l'appareil pré- existant. 9 2737615 REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection d'une installation électrique, équipée d'un appareil de protection amont (8, 8'), contre un arc amorcé dans l'installation, caractérisé en ce qu'il comprend: un élément destructible (1, 1') au contact de l'arc, un contact électrique (7, 7') susceptible de se trouver dans deux états différents, relié à l'appareil de protection amont (8, 8') de telle façon que le changement d'un premier état à l'autre commande le fonctionnement instantané dudit appareil de protection amont (8, 8'), des moyens d'actionnement (1', 6) faisant passer ledit contact électrique d'un état à l'autre et en ce que la destruction dudit élément destructible (1, 1') met en oeuvre instantanément lesdits moyens d'actionnement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un support (2) supportant un fusible (1), dont un premier pôle (3) est relié au jeu de barres (4) et le deuxième pôle (5) est en l'air, ledit support étant muni de moyens de positionnement pour permettre de positionner ledit deuxième pôle (5) sur le trajet de l'arc. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens d'actionnements sont constitués d'un percuteur (6) détectant la fusion du fusible (1). 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit élément destructible et lesdits moyens d'actionnement comprennent un fil de garde (1') tendu, dont la tension maintient ledit contact électrique (7') dans ledit premier état. 5. Procédé pour protéger une installation électrique équipée d'un appareil de protection amont 2737615 (8,8'), contre un arc amorcé dans l'installation consistant à placer un ou plusieurs dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1-4 sur/ou à proximité des obstacles au déplacement d'un arc. 6. Application d'un procédé selon la revendication à la protection d'un tableau électrique.