Brevet FR2748869A1 — publié le 19971121

La présente invention concerne un procédé de sur- veillance automatique de l'aptitude au fonctionnement d'un disjoncteur de courant de défaut comprenant un convertisseur de courant total, un déclencheur et un mécanisme de commuta- tion, selon lequel on fournit une suite d'impulsions de con- trôle d'une source de courant commandée selon les échelons prédéterminés avec une amplitude croissante au convertisseur de courant total alors qu'en même temps, la bobine du déclen- cheur est surveillée pour l'apparition d'une impulsion de 1( courant par induction, qui se produit lors du soulèvement de l'induit du déclencheur à partir de sa position de fin de course, et en cas de production de l'impulsion par induction, la valeur du courant injecté est comparée à la valeur asso- ciée à un fonctionnement correct du disjoncteur de courant de défaut pour détecter le défaut. Le document DE-19 529 474-C1 décrit des moyens pour surveiller automatiquement les disjoncteurs de courant de défaut avec un nombre réduit d'installations aux accessoi- res pour contrôler l'aptitude au fonctionnement. Le procédé connu utilise les caractéristiques constructives de l'élément de déclenchement de disjoncteur de courant de défaut. Cet élément se compose par exemple d'une partie inférieure en forme de coquille, à aimantation permanente, qui constitue avec une plaque de couverture en fer doux, un circuit magné- tique pratiquement fermé. A l'intérieur de la partie infé- rieure, se trouve une bobine avec un élément de ressort poussant contre la plaque de couvercle. Lorsque la bobine n'est pas alimentée électriquement, le circuit magnétique reste fermé. Par contre, si l'on alimente la bobine pour que le champ magnétique s'oppose à celui de l'aimant permanent, la plaque de recouvrement se soulève. Cette opération en- traîne l'ouverture du circuit magnétique d'abord pratiquement fermé ce qui crée une forte impulsion inductive dans la bo- bine. En coupant le courant de manière opposée, immédiatement après chaque impulsion de contrôle, l'induit ne se soulève que d'une fraction de millimètre et ne produit aucun déclen- chement du disjoncteur de courant de défaut. On connaît un procédé et un dispositif de sur- veillance automatiques d'un disjoncteur de courant de défaut qui comporte un déclencheur et un verrou; de courtes impul- sions périodiques d'intensité sont fournies au convertisseur de courant total pour simuler les courants de défaut (DE- 38 35 677-A1). Le courant de déclenchement selon ce procédé se mesure à l'aide d'un courant de contrôle croissant. En même temps, le dispositif de mesure connu définit la tension de contact qui se produit à l'instant du déclenchement. Tout 1( d'abord, on mesure la tension de contact rapportée au courant de défaut nominal, puis on augmente le courant de contrôle, par étapes jusqu'à ce que le disjoncteur de courant de défaut se déclenche. On compte les étapes. Le nombre d'étapes au mo- ment du déclenchement correspond au courant de déclenchement rapporté au nombre total d'échelons. Il faut un processeur pour les mesures et les calculs. On connaît en outre un disjoncteur de courant de défaut qui se surveille automatiquement et qui en fonctionne- ment normal comporte une installation de fixation électroma- gnétique pour les contacts de commutation qui est traversée par le courant et évite le déclenchement du disjoncteur. Un cOnvertisseur de courant total comporte un enroulement sup- plémentaire qui reçoit des impulsions de courant, de courte durée pour simuler un courant de défaut. Les impulsions de tension générées par les impulsions de courant, sont détec- tées par un commutateur à seuil et les signaux sont ainsi ex- ploités. En cas d'excitation de la bobine, par exemple par un défaut ou un incident dans les circuits électriques du dis- joncteur de courant de défaut, le passage du courant est in- 3( terrompu dans le dispositif de retenue, ce qui déclenche le disjoncteur de courant de défaut (EP-02 20 408-B1). La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif correspondant au type défini ci- dessus, permettant une plus grande précision de mesure à la constatation du courant de mise en oeuvre. Ce problème est résolu dans le cas d'un procédé selon l'invention caractérisé en ce que les impulsions de contrôle passent à travers le circuit en parallèle de la bo- bine du déclencheur et de l'enroulement secondaire du conver- tisseur de courant total et on régule leur amplitude. Ce procédé offre l'avantage que les intensités des courants de défaut éventuellement autorisées ne risquent pas de fausser le résultat de la mesure. On a ainsi toujours la valeur de mesure précise du courant de défaut. Le procédé selon l'invention, permet le contrôle automatique de l'aptitude au fonctionnement de disjoncteur de courant de défaut. L'amplitude du courant de mise en oeuvre se détermine sur la base de la valeur de consigne de l'amplitude, d'une manière simple et se compare à la valeur nominale. Si la valeur nominale est dépassée par le courant de déclenchement effectif, une plage de tolérances accepta- bles, on génère un signal de défaut. De préférence, après chaque impulsion de con- trôle, on fournit une impulsion de rappel (ou impulsion d'inversion) de signe algébrique opposé et d'amplitude cons- tante pour le circuit en parallèle. On évite ainsi d'une ma- nière simple que le disjoncteur de courant de défaut ne se déclenche lorsqu'il est dans des conditions sans défaut. Il est avantageux que l'apparition de l'impulsion d'induction soit constatée par la comparaison d'une tension proportionnelle à l'intensité dans le circuit en parallèle et d'une valeur de référence. L'arrivée de l'impulsion par in- duction peut être associée rapidement et simplement au cou- rant déclenché par l'impulsion d'induction. Il est particulièrement avantageux que la tension aux bornes du montage en parallèle soit comparée, le cas échéant après amplification, à un seuil correspondant au cou- rant de défaut maximum autorisé et qui lorsqu'il est dépassé, produit l'envoi d'un courant d'amplitude supérieure à la va- leur de déclenchement du disjoncteur pour le circuit en pa- rallèle, pour mettre en oeuvre le disjoncteur de courant de défaut. Ce mode de réalisation correspond à une structure in- ventive en soi. Au cas o le disjoncteur de défaut n'est pas dé- clenché par le courant, on actionne une installation de cou- pure forcée pour ouvrir des circuits électriques. L'installation de coupure forcée est notamment constituée par un actionneur pyroélectrique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé est caracté- risé en ce qu'il comprend: * une résistance de mesure branchée en série sur le montage en parallèle formé de l'enroulement du secondaire du con- vertisseur de courant total et de la bobine du déclencheur, cette résistance étant reliée par l'intermédiaire d'un fil- tre à un comparateur et ce dernier est relié à une logique de commande et à un générateur de valeur de seuil pour des amplitudes croissant en échelon, pour les impulsions de courant de contrôle, qui sont comparées à des signaux pris du circuit en parallèle et le cas échéant amplifiés dans un point d'addition et, * les déviations de régulation sont appliquées à un amplifi- cateur de régulation recevant comme organe de réglage, les courants de contrôle du montage en série de la résistance de mesure et du montage en parallèle de l'enroulement se- condaire et de la bobine. De préférence, la logique de commande fournit une valeur de consigne pour un courant de rappel d'amplitude constante en fonction de la valeur de consigne du courant de commande. Selon un mode de réalisation préférentiel inven- tif en soi, le montage en parallèle sur une bobine du déclen- cheur et de l'enroulement secondaire est lié à un amplificateur suivi d'un comparateur dont la tension de réfé- rence est réglée sur le courant de défaut maximum autorisé et 3( est suivi par un circuit d'exploitation fournissant au cir- cuit en parallèle, un courant supérieur au courant de défaut maximum autorisé et surveillant le déclenchement du disjonc- teur de courant de défaut dans une période de temps réglable, après laquelle, en cas de non-déclenchement est fourni un si- gnal avertisseur et/ou un élément de coupure forcée de la branche de ligne équipée du disjoncteur de courant de défaut. Ce mode de réalisation garantit la coupure de la ligne en cas de défaillance de l'élément de déclenchement. Le disjoncteur de courant de défaut est ainsi surveillé automatiquement. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans les- quels: * la figure 1 est un schéma par blocs d'un disjoncteur de courant de défaut, * la figure 2 montre un chronogramme de la tension d'une bo- bine d'un déclencheur du disjoncteur à courant de défaut selon la figure 1, pour un courant de contrôle inférieur au courant de déclenchement, * la figure 3 montre le chronogramme de la tension aux bornes de la bobine du déclencheur du disjoncteur de courant de défaut selon la figure 1 pour une intensité de contrôle correspondant au courant de déclenchement, * la figure 4 montre le chronogramme de la tension aux bornes de la bobine du déclencheur du disjoncteur de courant de défaut pour une interruption de ligne sur l'enroulement se- condaire du convertisseur additionneur, * la figure 5 montre un signal à la sortie d'un comparateur recevant la tension selon la figure 2, * la figure 6 montre un signal à la sortie du comparateur re- cevant une tension selon la figure 3, * la figure 7 montre le signal à la sortie du comparateur ayant reçu la tension selon la figure 5. La figure 1 montre un schéma par blocs d'un dis- joncteur de courant de défaut comportant de manière connue en soi un convertisseur de courant total, dont le noyau repré- senté schématiquement porte la référence 1 et le secondaire 3() la référence 2. Les lignes d'alimentation électrique d'au moins un utilisateur sont constituées par trois lignes de phase et une ligne neutre portant respectivement les référen- ces 3, 4, 5, 6. En parallèle à la bobine de secondaire 2, se trouve la bobine 7 d'un élément de déclenchement décrit de manière plus détaillée au document DE-19 529 474-C1. Cet élé- ment de déclenchement est en forme de relais de déclenchement et coopère avec un mécanisme à levier non représenté pour agir sur des contacts de commutation portant la référence 8; ces contacts sont montés dans les lignes binaires. Le dis- joncteur de courant de défaut encore appelé ci-après disjonc- teur FI comporte une électronique 9. Cette électronique 9 se compose d'un oscillateur 10 générant des oscillations basse fréquence et d'un générateur d'impulsions 12 qui génère les impulsions de courant de contrôle. Une entrée de commande du générateur d'impulsions 12 reliée à un générateur de valeur de consigne 13 qui fournit les signaux de commande représen- tant l'amplitude des impulsions de courant de contrôle. Des générateurs de valeur de consigne génèrent une suite d'impulsions de courant de contrôle qui augmente en escalier. La sortie du générateur d'impulsions est reliée à un point d'addition 15 suivi d'un amplificateur de régulation 14; la sortie de ce dernier est reliée à la bobine 7 par l'intermédiaire d'une résistance de mesure 16. La tension prise aux bornes de la bobine 7 est appliquée à un amplificateur de mesure 17 dont la sortie est reliée par un interrupteur 18 au point d'addition 15. Le gé- nérateur d'impulsions 12, le point d'addition 15, l'amplificateur de régulation 14, la résistance de mesure 16 et l'amplificateur de mesure 17, font partie d'un circuit de régulation dont les grandeurs de régulation sont, l'amplitude des impulsions d'intensité de courant de contrôle et les im- pulsions de rappel. La résistance 16 est reliée aux entrées 19 d'un filtre actif 20 lui-même suivi d'un comparateur 21; une en- trée du comparateur reçoit une valeur de référence choisie en fonction de l'impulsion d'induction dans la bobine 17 lors de 3( l'actionnement du déclencheur. La sortie du comparateur est reliée à un circuit logique 22 commandant le générateur de valeur de consigne 13 et l'oscillateur 10. Le circuit logique 22 est suivi d'un élément d'affichage 23. Le comparateur 24 est relié à la sortie de l'amplificateur de mesure 17. Une entrée du comparateur re- çoit un seuil qui se règle sur le courant de défaut maximum autorisé. Un circuit d'exploitation de temps 25 est relié au comparateur 24; ce circuit reçoit en entrée l'oscillateur 10. La sortie du circuit d'exploitation de temps 25 est re- liée au circuit logique 22 qui, en cas de mise en oeuvre, dé- clenche une impulsion de contrôle d'amplitude maximale sans impulsion de rappel. Une autre sortie du circuit d'exploitation de temps 25 est reliée à un étage final de puissance 26 lui-même suivi d'un disjoncteur forcé 27 notam- ment sous la forme d'un actionneur pyroélectrique. Pour chaque impulsion de courant de contrôle, le générateur d'impulsions 12 génère une impulsion de rappel de 1u polarité inversée et d'amplitude constante. Le générateur de valeur de consigne 13 est notamment une source de tension ré- glable suivie d'un convertisseur numérique/analogique repré- sentant le générateur de valeur de consigne du circuit de régulation. Cette source de tension réglable permet de régler15 les amplitudes des impulsions de contrôle. L'impulsion de rappel est de polarité opposée à celle de l'impulsion de con- trôle et d'amplitude constante. Le générateur d'impulsions 12 sert de générateur de valeur de consigne du régulateur 14 dont la sortie reliée à l'élément à contrôler qui se compose de l'élément de déclenchement 7 et de l'enroulement 2 du con- vertisseur de courant total. L'amplificateur de mesure 17 est relié à l'unité à contrôler; la sortie de cet amplificateur est reliée au comparateur valeur réelle/valeur de consigne 15. La régulation des impulsions de contrôle et de rappel permet de réguler ou de compenser les parasites venant de l'extérieur qui sont par exemple provoqués par un courant de défaut acceptable. Aux bornes de la résistance 16 on re- çoit un signal proportionnel au courant de régulation. Ce si- 3) gnal est transmis au filtre actif 20. L'exploitation du signal de régulation se fait par le comparateur 21 et l'unité logique 22. Le résultat du contrôle est représenté par l'affichage optique 23. En cas d'avertissement (le disjoncteur de courant de défaut se35 trouve en dehors de ses valeurs autorisées) on peut avoir un affichage acoustique en plus de l'affichage optique. Suivant l'étape de contrôle et l'état, on a trois formes différentes du signal sur la sortie du filtre actif. La figure 2 montre le signal lorsque l'enroulement secondaire du convertisseur de courant total est raccordé et que le point de déclenchement de l'élément de déclenchement n'est pas encore atteint. La figure 3 montre le signal lorsque l'enroulement secondaire du convertisseur de courant total est raccordé et que l'on atteint le point de déclenchement de l'élément de déclenchement. La figure 4 montre le signal pour une coupure de I( puissance vers le secondaire du convertisseur de courant to- tal. Les signaux sont mis par un comparateur 21 sous une forme susceptible d'être traitée par voie numérique. Les figures 5 à 7 montrent les signaux des figures 2 à 4 à la sortie du comparateur 21. L'opération de contrôle proprement dite se déroule comme suit: Le générateur de valeur de consigne 13 est réglé à une valeur basse pour laquelle l'élément de déclenchement 17 ne se déclenche pas avec certitude. Puis, on effectue un cycle de mesure pour l'impulsion de contrôle et l'impulsion de rappel. Pour cela, on constate par un signal approprié qu'il n'y a pas de liaison avec l'enroulement primaire du convertisseur de courant d'addition si bien que de préfé- rence, on actionne un dispositif de coupure forcée par rap- port à celui-ci (cette opération sera décrite ci-après de manière plus détaillée) on génère un tel signal par le dispo- sitif d'alarme. Si cela n'est pas le cas, on augmente la va- leur de consigne et on commence le cycle de mesure suivant. Cette opération est répétée jusqu'à ce que le signal de dé- 3n clenchement apparaisse sur le comparateur 21. Le contrôle est terminé lorsqu'on atteint ce point. L'amplitude de la dernière impulsion de contrôle est directement proportionnelle au courant de déclenchement réel du disjoncteur de protection contre les courants erro- nés. L'ensemble de l'opération de contrôle dure quel- ques secondes et peut être exécuté un nombre quelconque de fois. L'intervalle entre deux opérations de contrôle sera en pratique de quelques heures jusqu'à une semaine. Déclenchement d'une installation de coupure for- cée en cas de défaillance de l'élément de déclenchement ou du mécanisme de commutation par une surveillance supplémentaire du courant de défaut. L'amplificateur de mesure 17 relié à une unité à contrôler est (lorsqu'il n'y a pas de contrôle) utilisé pour surveiller le courant de défaut. Pour cela, on monte un com- 1( parateur 24 en aval de l'amplificateur. Le seuil du compara- teur 24 est réglé sur un courant de défaut maximum autorisé. En cas de dépassement de cette valeur, le comparateur commute et libère l'unité d'exploitation 25 commandée dans le temps. Celle-ci déclenche au cours d'une première étape, l'impulsion de contrôle d'amplitude maximale sans impulsion de retour pour ouvrir le dispositif de commutation. Si cela ne se tra- duit pas par une ouverture réussie du fait que le courant de défaut continu de passer, au cours d'une seconde étape, on actionne une installation de coupure forcée. Cette installa- tion de coupure forcée (qui ne fait pas partie de la présente invention) doit être conçue pour produire dans tous les cas une coupure (par exemple par un actionneur pyroélectrique) fait qu'alors le disjoncteur de courant de défaut ne puisse plus être branché. Le procédé selon l'invention et le circuit met- tant en ordre ce procédé se distinguent entre autres selon les explications ci-dessus par une caractéristique importante à savoir la régulation des courants de contrôle alors que se- lon le document DE 19 529 474 Cl, les courants de contrôle 3 sont fournis par une source de courant constant. Les avanta- ges de l'invention sont brièvement les suivants: 1. Contrôle automatique de l'élément de déclenchement et de compensation d'un courant de défaut, autorisé, qui passe éventuellement. 2. Surveillance automatique de l'enroulement secondaire du convertisseur de courant total. o10 3. Surveillance du courant de défaut en cas de défaillance de l'élément de déclenchement ou du disjoncteur d'une instal- lation de coupure forcée à manoeuvrer.4. Abstraction faite de l'alimentation électrique, l'installation ne nécessite que deux lignes pour les cir- cuits de commande et de contrôle. ]l R E V E ND I C A T IONS 1 ) Procédé de surveillance automatique de l'aptitude au fonctionnement d'un disjoncteur de courant de défaut compre- nant un convertisseur de courant total, un déclencheur et un mécanisme de commutation, selon lequel on fournit une suite d'impulsions de contrôle d'une source de courant commandée selon les échelons prédé- terminés avec une amplitude croissante au convertisseur de courant total alors qu'en même temps, la bobine du déclen- ]0 cheur est surveillée pour l'apparition d'une impulsion de courant par induction, qui se produit lors du soulèvement de l'induit du déclencheur à partir de sa position de fin de course, et en cas de production de l'impulsion par induction, la valeur du courant injecté est comparée à la valeur asso- ciée à un fonctionnement correct du disjoncteur de courant de défaut pour détecter le défaut, caractérisé en ce que les impulsions de contrôle passent à travers le circuit en parallèle de la bobine (7) du déclencheur et de l'enroulement secondaire (2) du convertisseur de courant total (1) et on régule leur amplitude. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' après chaque impulsion de courant de contrôle, on fournit une impulsion de rappel de signe algébrique opposé et l'amplitude constante au circuit en parallèle. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, (30 caractérisé en ce qu' on décèle l'apparition de l'impulsion par induction en compa- rant une tension proportionnelle à l'intensité dans le cir- cuit en parallèle à une valeur de référence. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' on compare la tension aux bornes du montage en parallèle, le cas échéant après amplification, à un seuil associé au cou- rant de défaut maximum autorisé et en cas de dépassement, un courant est fourni avec une amplitude supérieure au seuil de mise en oeuvre du disjoncteur de courant de défaut et on sur- veille le déclenchement du disjoncteur de courant de défaut. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' en cas de non-déclenchement du disjoncteur de courant de dé- faut, une installation de coupure forcée coupe les conduc- teurs de phase. 6 ) Circuit pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu' il comprend * une résistance de mesure (16) branchée en série sur le mon- tage en parallèle formé de l'enroulement du secondaire (2) () du convertisseur de courant total (1) et de la bobine (7) du déclencheur, cette résistance étant reliée par l'intermédiaire d'un filtre (20) à un comparateur (21) et ce dernier est relié à une logique de commande (22) et à un générateur de valeur de seuil pour des amplitudes croissant en échelon, pour les impulsions de courant de contrôle, qui sont comparées à des signaux pris du circuit en parallèle et le cas échéant amplifiés dans un point d'addition (15) et, * les déviations de régulation sont appliquées à un amplifi- ( cateur de régulation (14) recevant comme organe de réglage, les courants de contrôle du montage en série de la résis- tance de mesure (16) et du montage en parallèle de l'enroulement secondaire (2) et de la bobine (7) 7 ) Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que la logique de commande fournit pour chaque valeur de consigne du courant de contrôle, une valeur de consigne d'amplitude *constante pour un courant rappel. 8 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le montage en parallèle formé de la bobine (7) du déclencheur et de l'enroulement secondaire (2) est relié à l'amplificateur (17) suivi d'un comparateur (24) dont la ten- sion de référence est réglée sur une valeur correspondant au courant de défaut maximum autorisé et est suivie par un cir- cuit d'exploitation qui fournit au montage en parallèle, un courant supérieur au courant de défaut maximum autorisé et surveille le déclenchement du disjoncteur de courant de dé- faut à l'intérieur d'un temps réglable et en cas de non- déclenchement, il émet un signal d'avertissement et/ou pro- duit une coupure forcée de la branche de ligne comportant le disjoncteur de courant de défaut.