Brevet FR2781574A1 — publié le 20000128

Système et procédé d'alimentation électrique sécurisée, et câble électrique mis en oeuvre dans ce système" DESCRIPTION La présente invention concerne un système d'alimentation électrique sécurisée. Elle vise également le procédé mis en oeuvre dans ce système, ainsi qu'un câble électrique prévu dans celui-ci. Lorsque des câbles électriques d'alimentation d'outils ou d'équipements industriels se trouvent à proximité d'objets ou d'éléments tranchants susceptibles de couper ou de détériorer leur gaine d'isolation, se posent inévitablement des problèmes de sécurité pour les opérateurs de ces outils qui se trouvent exposés à des risques d'électrocution. Cette question est particulièrement sensible dans le domaine des pinces à souder manuelles point par point utilisées dans l'industrie automobile. En effet, ces pinces qui sont généralement de poids élevé (par exemple, de l'ordre de 80 kg) et de maniement difficile, sont déplacées par leur opérateur dans un environnement comprenant des bords de tôles decarrosserie qui peuvent être particulièrement tranchants. Le contact de la gaine isolante du câble d'alimentation d'une pince avec un bord tranchant peut provoquer une coupure partielle de cette gaine. Ces coupures sont souvent difficilement détectables à l'oeil nu du fait du caractère tranchant comme une lame de rasoir de certaines pièces de carrosserie. Il faut envisager le cas o l'élément de tôle tranchant atteint l'un des conducteurs noyés dans ladite gaine -avec pour conséquence une décharge électrique causée par l'existence d'une différence de potentiel entre la tôle impliquée dans la coupure et le conducteur atteint. Cette décharge électrique peut provoquer une électrocution de l'opérateur et des dommages éventuels sur l'installation électrique. - 2- Bien sûr, il existe sur la plupart des équipements industriels des disjoncteurs différentiels prévus pour interrompre toute alimentation électrique en cas de détection d'un déséquilibre de courant qui serait dû à une mise en contact accidentelle d'un conducteur électrique avec une pièce métallique placée sensiblement au potentiel de masse ou à un potentiel différent de celui dudit conducteur. Mais, au delà de ce type de sécurité fonctionnant en réponse à un défaut électrique effectif, il existe une demande en matière de prévention contre les risques d'électrocution visant à détecter toute détérioration significative de la gaine d'isolation qui impliquerait un remplacement du câble. Le but de l'invention est de répondre à cette demande en proposant un système d'alimentation électrique sécurisée qui puisse assurer une auto-détection de toute détérioration de la gaine du câble d'alimentation. - On atteint les objectifs précités avec un système pour alimenter un équipement électrique à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique, comprenant un câble d'alimentation électrique comportant des conducteurs électriques noyés dans une gaine réalisée dans un matériau isolant souple. Suivant l'invention, le système comprend en outre des moyens pour appliquer une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice disposée au sein de la gaine à proximité de la périphérie de celle-ci, et des moyens pour détecter une éventuelle circulation de courant dans la nappe et délivrer alors une information de détection d'une coupure de ladite gaine. On peut ainsi déclencher les systèmes de commande et de sécurité des dispositifs de fourniture d'énergie avant même qu'il se produise un contact accidentel entre une -3 - pièce métallique tranchante et l'un des conducteurs du câble électrique. Ceci permet une action préventive consistant à remplacer un câble électrique dès l'apparition de coupures à la surface de la gaine. Les moyens générateurs et les moyens détecteurs sont de préférence intégrés au sein d'un dispositif électronique de surveillance relié à des moyens de contrôle et de commande du dispositif de fourniture d'énergie électrique. On peut avantageusement prévoir que le dispositif électronique de surveillance comprenne des moyens autonomes d'alimentation en énergie électrique. Dans un mode préféré de réalisation, la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice du câble électrique est sensiblement continue. Elle peut être par exemple délivrée par une pile, une batterie rechargeable ou tout autre dispositif de stockage d'énergie électrique sous forme continue. Mais on peut également prévoir que la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice du câble électrique soit de forme alternative. Dans une première version de l'invention, le dispositif électronique de surveillance est disposé en amont du câble électrique au niveau du dispositif de fourniture en énergie électrique. Ce dispositif électronique de surveillance peut alors être directement intégré au sein d'un module d'alimentation ou d'un module de contrôle et de commande. Dans une seconde version de l'invention, le dispositif électronique de surveillance est disposé en aval du câble électrique au niveau de l'équipement électrique à alimenter. Dans cette version, le dispositif électronique de surveillance peut être intégré au sein de l'équipement électrique alimenté ou au sein d'une interface d'alimentation. -4- Il est à noter que l'on peut aussi concevoir dans le cadre de la présente invention un système comportant deux dispositifs électroniques de surveillance redondants situés chacun à une extrémité du câble d'alimentation. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un câble électrique pour relier un équipement électrique à un dispositif de fourniture en énergie électrique au sein d'un système d'alimentation sécurisée selon l'invention, ce câble comprenant plusieurs conducteurs électriques noyés au sein d'une gaine en matériau isolant souple, caractérisé en ce qu'il comprend en outre à l'intérieur de la gaine et à proximité de la périphérie de celle-ci une nappe conductrice de faible épaisseur entourant l'ensemble des conducteurs électriques. La nappe conductrice peut être réalisée de multiples façons. Par exemple on peut prévoir une nappe conductrice constituée de fils conducteurs noyés dans la gaine. La nappe conductrice peut également être constituée d'un maillage ou tressage réalisé à partir de fils conducteurs, ou encore être réalisée à partir-d'une feuille métallique. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour alimenter un équipement électrique à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique à partir d'un câble d'alimentation électrique comportant des conducteurs électriques noyés dans une gaine réalisée dans un matériau isolant souple, mis en oeuvre dans le système selon l'invention, caractérisé en ce qu'on applique une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice disposée au sein de la gaine à proximité de la périphérie de celle-ci, et en ce qu'on détecte toute circulation de courant dans ladite nappe et on délivre une information de détection d'une coupure de ladite gaine. - 5- D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un système d'alimentation sécurisée selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un premier exemple de câble électrique selon l'invention; - la figure 3 est une section transversale du câble de la figure 2, avec illustration schématique de la circulation d'un courant de fuite en cas de traversée de la nappe conductrice par une pièce métallique tranchante; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un second exemple de câble électrique selon l'invention, avec représentation d'un mode particulier de réalisation d'un dispositif électronique de surveillance; et - - les figures 5A, 5B et 5C illustrent respectivement trois modes particuliers de réalisation d'une nappe conductrice au sein d'un- câble électrique selon l'invention. On va maintenant décrire, en référence à la figure 1, un exemple de réalisation d'un système d'alimentation sécurisée 1 selon l'invention. Ce système 1 comprend un câble électrique 10 reliant un dispositif de commande et de fourniture en énergie électrique 2 à un outil électrique tel qu'une pince à souder point par point 3. Ce câble électrique 10 est pourvu à chacune de ses extrémités de connecteurs 20, 30 adaptés pour transmettre non seulement de la puissance électrique mais aussi des courants de faible intensité indicatifs d'une détection de coupure. Le câble électrique peut aussi être associé, au sein d'un câble multi- -- 6- fonctions à une canalisation de fluide, notamment d'air comprimé, pour alimenter un vérin disposé au sein de la pince à souder pour actionner les mâchoires de la pince 3. Le système d'alimentation sécurisé comprend en outre un dispositif électronique de surveillance 9 disposé par exemple au sein du dispositif de commande et de fourniture d'énergie 2 qui comporte au moins un module de puissance 21 fournissant à la pince 3 la puissance électrique requise via les conducteurs 5, 6 du câble 10, et un module de commande 22 contrôlant le module de puissance. Le dispositif électronique de commande 9, qui comprend une source de tension continue 90 et un module de détection de courant de fuite 91, peut être relié au module de commande 22 et/ou directement au module de puissance 21. Il peut aussi alimenter un indicateur lumineux d'alarme 92 pour alerter l'opérateur de la détection d'une coupure de la gaine isolante. Un câble électrique 10 selon l'invention comprend, en référence à la figure 2, au sein d'une gaine en matériau isolant souple 8, des conducteurs de puissance 5, 6, qui peuvent être par exemple au nombre de deux ou trois, et, autour de ces conducteurs de puissance et à proximité de la périphérie du câble, une nappe conductrice de faible épaisseur 4. A titre d'exemple non limitatif correspondant à l'alimentation d'une pince de soudure, le câble de puissance peut contenir trois conducteurs d'une section de mm2 alimentés sous une tension de 380 ou 415 V. Le contact ou la pénétration d'une pièce métallique tranchante T avec la nappe conductrice 4 sur laquelle est appliquée une tension de détection de faible amplitude (par exemple, 6 V) générée par le dispositif électronique de surveillance 9, provoque la circulation d'un courant de fuite IF dans la nappe conductrice 4 dans la mesure o la pièce métallique tranchante est sensiblement au potentiel de masse ou de terre. Ceci est le cas pour une opération de soudure sur une carrosserie automobile. La détection d'un courant de fuite IF non nul est effectuée par un circuit de détection 91 qui délivre alors un signal logique de détection SD- Dans l'exemple de réalisation illustré en figure 4, le dispositif électronique de surveillance 9 comprend une pile ou batterie 90 en série avec une résistance 92 faisant fonction de shunt. La tension aux bornes de cette résistance est indicative du courant de fuite circulant dans la nappe et est traitée dans un amplificateur opérationnel 91 monté en comparateur de tension pour délivrer un signal SD indicatif d'une détection de courant de fuite dans la nappe conductrice 4. Plusieurs modes de réalisation d'un câble selon l'invention peuvent être envisagés, comme l'illustrent les figures 5A à 5C. On peut par exemple concevoir un câble 10A dans lequel la nappe conductrice est constituée d'un nappage, maillage ou tressage 4A de fils de cuivre ou d'autres matériaux très bons conducteurs-électriques. Une densité suffisante de fils conducteurs doit garantir une détection fiable même pour des pièces tranchantes très pointues ou de très petite dimension. On peut aussi concevoir un câble 10B dans lequel la nappe conductrice est constituée d'un faisceau de fils conducteurs 4B de faible diamètre coextrudés avec les autres conducteurs au sein de la gaine, ces fils conducteurs étant reliés entre eux aux deux extrémités du câble. La nappe conductrice 4C d'un câble électrique 10C selon l'invention peut également être réalisée sous la forme d'une feuille de matériau conducteur entourant les conducteurs de puissance. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le nombre de conducteurs mis en oeuvre pour réaliser la nappe conductrice, leur taille et leur densité peuvent être variables et adaptés en fonction des caractéristiques spécifiques du câble électrique concerné. Par ailleurs, la structure interne des dispositifs électroniques de surveillance peut être différente de celle qui vient d'être décrite et inclure par exemple des composants électroniques spécifiques. On peut aussi prévoir que la tension de surveillance appliquée sur la nappe conductrice soit alternative. - 9- REVENDICATIONS 1. Système (1) pour alimenter un équipement ou outil électrique (3) à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique (2), comprenant un câble d'alimentation électrique (10, 100) comportant des conducteurs électriques (5, 6, 7) noyés dans une gaine (8) réalisée dans un matériau isolant souple, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (90) pour appliquer10 une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice (4) disposée au sein de la gaine (8) et à proximité de la périphérie de celle-ci, et des moyens (91) pour détecter une éventuelle circulation de courant (IF) dans ladite nappe (4) et délivrer alors une information de détection (SD) d'une coupure de ladite gaine (8). 2. Système (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs et les moyens détecteurs sont intégrés au sein d'un dispositif électronique de surveillance (9) relié à des moyens de contrôle et de commande (22) du dispositif de fourniture d'énergie électrique (2). 3. Système (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif électronique de surveillance (9) comprend des moyens autonomes (90) d'alimentation en énergie électrique. 4. Système (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice (4) du câble électrique (10, 100) est sensiblement continue. - 10- 5. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice du câble électrique est alternative. 6. Système (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le dispositif électronique de surveillance (9) est disposé en amont du câble électrique (10, 100) au niveau du dispositif de fourniture en énergie électrique (2). 7. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à , caractérisé en ce que le dispositif électronique de surveillance est disposé en aval du câble électrique au niveau de l'équipement électrique à alimenter. 8. Câble électrique (10, 100) pour relier un équipement ou outil électrique (3) à un dispositif de fourniture en énergie électrique (2) au sein d'un système d'alimentation sécurisée (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce câble (10, 10-) comprenant plusieurs conducteurs électriques (5, 6, 7) noyées au sein d'une gaine (8) en matériau isolant souple, caractérisé en ce qu'il comprend en outre à l'intérieur de ladite gaine (8) et à proximité de la périphérie de celle-ci une nappe conductrice (4) de faible épaisseur entourant l'ensemble des conducteurs électriques (5, 6, 7). 9. Câble électrique (O10B) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la nappe conductrice (4B) est constituée d'un faisceau de fils conducteurs noyés dans la gaine. - 11- 10. Câble électrique (10OA) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la nappe conductrice (4A) est constituée d'un maillage ou tressage de fils conducteurs. 11. Câble électrique (10C) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la nappe conductrice (4C) est constituée d'une feuille métallique. 12. Câble électrique selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il est en outre agencé pour inclure une canalisation d'un fluide d'action utilisé par l'équipement électrique alimenté. 13. Procédé pour alimenter un équipement ou outil électrique à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique (2) à partir d'un câble d'alimentation électrique (10, 100) comportant des conducteurs électriques noyés dans une gaine (8) réalisée dans un matériau isolant souple, mis en oeuvre dans le système (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on applique une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice (4) disposée au sein de la gaine (8) à proximité de la périphérie de celle-ci, et en ce qu'on détecte toute circulation de courant (IF) dans ladite nappe (4) et on délivre une information de détection d'une coupure de ladite gaine. 14. Application du système, du câble et du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour l'alimentation sécurisée d'une pince à souder (3).