Brevet FR2776086A1 — publié le 19990917

La présente invention concerne un dispositif de balayage et de compensations des fuites par un gaz de protection permettant la mise à sécurité des enveloppes de matériel électrique en zone explosible. Ce dispositif satisfait notamment aux règles des normes Européennes qui lui sont applicables soit: EN50014 2ème édition de 1993 et EN50016 de 1995. De tels dispositifs existent et sont déjà commercialisés sur le marché international toutefois il s'agit de systèmes hybrides utilisant des composants pneumatiques et électriques, ces derniers devant être eux-mêmes de sécurité appropriée à la zone dans laquelle le dispositif est exploité. Le dispositif, selon l'invention, utilise uniquement des composants pneumatiques à l'exception des contacts électriques de sortie, ce qui lui confère une sécurité accrue et une procédure simplifiée d'utilisation et de mise en oeuvre. D'autre part, alors que les systèmes concurrents se limitent à assurer vers l'enveloppe à protéger un débit de gaz de protection ajusté par un robinet par un orifice fixe ou réglable, le dispositif selon l'invention utilise une vanne tri- fontions: isolement - balayage - surpression régulée. Cette vanne directement montée sur l'enveloppe à protéger permet la régulation fine de faibles valeurs de surpression sous des débits variables requis pour la compensation des fuites de l'enveloppe. Enfmin, alors que certains autres dispositifs existant sur le marché utilisent des horloges pneumatiques, fonctionnant sur le principe d'une charge ou décharge de capacité (parfois sous la forme d'un soufflet), lesquelles s'avèrent peu précises et non fiables pour le comptage ou décomptage du temps, le dispositif selon l'invention utilise une minuterie à commande pneumatique équipée d'un mouvement d'horlogerie mécanique indépendant de précision de l'ordre de +/- 5% et de grande fiabilité. Les schémas annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente le schéma de l'ensemble complet interconnecté (enveloppe à protéger (E) / dispositif de balayage et compensation de fuites LP, MS, V3, Dl1). La figure 2 représente le détail de logique pneumatique (LP) assurant l'automatisme connectée au reste du circuit. La figure 3 représente le schéma de la minuterie pneumatique (M) à mouvement d'horlogerie. La figure 4 représente la vue en coupe de la vanne tri-fonctions (V3): isolement / balayage / surpression régulée. La figure 5 représente la vue en coupe du module de sortie (MS) au travers duquel s'échappe le gaz de protection balayant l'enveloppe. -2 - En référence à la figure 1, le dispositif est composé de 3 modules distincts à monter sur l'enveloppe à protéger (E), lesquels sous certaines variantes peuvent être montés à l'intérieur d'un même coffret: - la vanne à tri-fonctions (V3) réalisant simultanément les fonctions suivantes: 5. isolement (position fermeture de la vanne) lorsque le pilote de fermeture PF est sous pression et la commande sur le pilote de balayage PB hors pression ouverture totale en balayage lorsque le pilote PF est hors pression et le pilote PB sous pression. Sous cette position, le passage direct de la vanne est libéré et le débit est limité par l'orifice (O) et fonction de la pression en entrée de la vanne surpression régulée entre 0.25 et 30 mb (ou au dessus) sous le débit requis par les compensations des fuites de l'enveloppe (E) lorsque des pilotes (PF) et (PB) sont hors pression la pression indiquée par le manomètre (IP2) est une représentation quadratique du débit de balayage. Les abaques delivrées avec le dispositif permettent d'interpréter le débit de balayage en fonction de la pression régulée au manomètre IP2 et des divers types d'orifices (O). Sous certaines variantes, un détendeur (D1) équipé d'un manomètre IPI peut être monté en amont de la vanne. Ce détendeur en conjonction avec l'orifice (O) déterminera le débit de balayage. - le module de sortie (M) principalement constitué d'une soupape magnétique tarée de 5 à 20 mb en dessus de la valeur consigne de surpression dont le clapet s'ouvre sous l'effet de la pression de balayage (pilotes (PF) hors pression et (PB) sous pression) et se ferme en position compensation de fuites (lorsque les pilotes (PF) et PB) sont hors pression). - la logique pneumatique (LP) permet un fonctionnement automatique du dispositif selon le descriptif ci-après En référence à la figure (2) représentant la logique pneumatique (LP), le fonctionnement du dispositif est le suivant: à la mise sous pression du réseau du dispositif, l'interrupteur pneumatique (PS) normalement ouvert conduit la pression directe d'air du réseau (PI) sur le pilote (PF) de la vanne tri- fonctions (V3) tandis que la cellule NON-4, dont le pilotage est sous pression, maintient hors pression le pilote de balayage (PB). De ces deux actions, résulte un état de la vanne (V3) en position fermée (isolement) -3 - le cycle est initialisé en actionnant l'interrupteur pneumatique (PS) dont la sortie passe à zéro (hors pression) la cellule NON-I, dont le pilote est hors pression (état representé par la figure (2)) est traversée par la pression P2 (pression Pl du réseau régulée par le détendeur AR). Il en est de même pour la cellule NON-4 dont le pilotage est à zéro. La pression P2 traversant ces deux modules est appliquée sur le pilote PB de la vanne (V3) qui passe en position balayage. La pression dans l'enveloppe à protéger augmentant sous l'effet du balayage, la soupape magnétique du module de sortie s'ouvre et la pression correspondante à la fuite du gaz de protection à travers les fraisures du module de sortie (captée en CD) entre en alimentation du module NON-2 passant puisque son pilote est hors pression (état représenté par la figure 2). Si le débit de balayage de l'enveloppe est suffisant pour atteindre 2 mB, pression de tarage du relais à seuil RS 1, il devient passant et est traversé par la pression P2 permettant: d'armer la minuterie (M) dont la temporisation a été préalablement réglée à la valeur correspondant au temps de balayage désiré 15. d'alimenter la cellule NON-3, dont le pilotage est hors pression (état représenté par la figure 2) et dont la sortie alimente le voyant d'indication de balayage (V1) Pendant cette phase, la pression à l'intérieur de l'enveloppe (captée sur l'orifice CP du module de sortie) n'est pas admise vers le relais à seuil RS 1 car la cellule OUI n'est pas pilotée (état représenté par la figure 2). Sous certaines versions, un deuxième relais à seuil RS2 taré à une pression supérieure à 2 mB et monté en parallèle sur RS1 permet de déclencher une pré-alarme surpression basse en commutant le contact électrique antidéflagrant C2. Lorsque la minuterie (M) arrive en fin de temporisation, elle commute par action mécanique le poussoir électrique CE1 et le tiroir pneumatique PM, lequel admet sur sa sortie Si la pression P2. De cette action découle les commutations suivantes le voyant (V2) de compensation de fuites est alimenté la cellule OUI change d'état et transmet au manomètre MB et aux relais à seuil RS-1 et RS-2 la pression régnant à l'intérieur de l'enveloppe (E) captée sur la connexion CP du module de sortie -4 - la cellule NON3 cesse d'alimenter le voyant V 1 de balayage la cellule NON2 cesse de transmettre la pression engendrée par le balayage aux relais à seuil RS-1 et RS-2 la cellule NON1 cesse d'alimenter le pilote PB de la vanne (V3) laquelle bascule dans la position "surpression régulée" afin de compenser les fuites. Si le relais à seuil RS-1 capte une pression pendant la période de balayage ou de compensation de fuites inférieure à 2 mB, la minuterie n'est plus alimentée et se réinitialise à zéro. Le cycle recommence dès qu'une pression de 2 mB vient alimenter la cellule NON2 à partir de la connexion CD du module de sortie, correspondant à la valeur consigne du débit de balayage. Sous certaines variantes, un interrupteur électrique antidéflagrant à clés CE3 est fourni pour permettre à lUtilisateur de forcer le système et mettre sous tension l'équipement électrique dans l'enveloppe à protéger pour les opérations de maintenance. Lors du montage, l'Utilisateur doit câbler en parrallèle les contacts de l'interrupteur CE3 et du poussoir électrique CE1. Cette opération est placée sous la responsabilité de l'Utilisateur. Le détail de fonctionnement de la minuterie en référence à la figure 3 est le suivant: le système s'articule autour d'un mécanisme (MH) à mouvement d'horlogerie à ressort lequel est comprimé dans la position representée par la figure 3 H.M. L'axe de l'horloge dans cette position est contraint par le coulisseau CL à venir s'appuyer sur la butée BI. Ce coulisseau est lui-même solidaire du piston PT du vérin (VR) ramené en position inférieure par l'action d'un ressort. En dehors de toute action externe, le ressort de l'horloge mécanique est donc comprimé par le ressort du vérin, développant l'énergie potentielle du système. Sous l'effet de la pression de réarmement appliquée sur l'entrée (AR) du vérin (VR), lorsque la phase de balayage est initialisée par la logique pneumatique LP, le piston et le coulisseau sont poussés en partie supérieure comprimant dans cette position le ressort du vérin et libérant l'axe du mécanisme d'horlogerie (HM), ce qui initialise le comptage du temps visualisé par une rotation de l'axe de l'horloge sur un angle donné. Au terme de la temporisation programmée, la palette PT vient déclencher les contacts de fin de course pneumatique PM et électrique CE1 permettant à la logique pneumatique LP de passer de la phase de balayage en phase de compensation de fuite. - Si la pression disparaît (disparition des pressions de balayage ou de compensation de fuite) en entrée AR du vérin, le piston et le coulisseau sont ramenés en position inférieure par l'action du ressort vérin et l'axe du mécanisme HM est réappliqué sur la butée BI en position arrêt de la minuterie soit ressort de l'horloge comprimé. Le préréglage de la temporisation est obtenu en limitant la course du piston/coulisseau par une butée ajustable (Rc) donc l'angle de rotation de l'axe du mécanisme d'horlogerie. Le détail de fonctionnement de la vanne tri-fonctions (V3) en référence à la figure 4 est le suivant: à l'état initial, le pilote de fermeture (PF) est mis sous pression par l'interrupteur pneumatique "PS" de la logique pneumatique et le pilote de balayage (PB) est hors pression. Les clapets de surpression (3) et de balayage (2) sont comprimés sur leur siège: c'est la position "isolement" (fermeture de la vanne). le cycle est initialisé en basculant l'interrupteur pneumatique PS, cette action provoquant la mise hors pression du pilote de fermeture (PF) et la mise sous pression du pilote de balayage (PB). Cette pression exercée au dessus de la membrane amène le poussoir 1 à chasser vers le bas le clapet de balayage (2) ce qui libère le passage direct de l'air réseau vers l'enveloppe à protéger. En fin de période de balayage, la phase de compensation de fuites est initialisée par la mise hors pression du pilote de balayage (PB) par la logique pneumatique, le pilote de fermeture "F" restant hors pression. Sous cet état, la seule pression exercée sur la membrane est la force du ressort de réglage et le système fonctionne selon le principe classique d'un régulateur de pression, le clapet inversé de surpression (3) venant se positionner sur son siège. Le ressort selon les variante peut être à préréglage fixe ou comprimé par une vis à poignée activable de l'extérieur. Le détendeur (D1) monté en amont de la vanne tri-fonctions (V3) peut être fourni par l'Utilisateur. Le détail de fonctionnement du module de sortie "MS" selon la figure 5 est le suivant ce module a pour fonction de capter à fin de surveillance le seuil de surpression interne de l'enveloppe (à cet effet, la logique pneumatique est connectée sur l'orifice CP) mais aussi le seuil de débit pendant la purge à travers l'orifice CD. -6- il est ajusté en usine pour la surveillance d'un seuil de débit de balayage déterminé suivant le volume de l'enveloppe. A cet effet, le couvercle est plus ou moins vissé sur le corps afin de moduler la pression interne engendrée par l'échappement du gaz de protection au travers des fraisures FR. 5. le module de sortie a également la fonction d'éviter toute transmission d'étincelles hors de l'enveloppe ou zone explosible. A cet effet, un jeu de chicanes (CN) est inséré dans le conduit. il permet enfin l'échappement continu du gaz de protection et d'éviter les surpressions susceptibles de provoquer des déformations dangereuses de l'enveloppe. A cet effet, une soupape magnétique tarée de 5 à 20 mB au dessus de la valeur consigne de surpression a été prévue. La vanne à trois fonctions constitue en elle-même une innovation et peut être exploitée dans d'autres applications telles l'inertage des cuves de produits dangereux. La minuterie constitue en elle-même une innovation et peut être utilisée dans toutes les applications requièrant une fonction horloge sans apport d'énergie électrique, avec en variante un contact de fin de temporisation électrique antidéflagrant. - 7- REVENDICATIONS 1) Dispositif de balayage et de compensation de fuites par un gaz de protection permettant la mise à sécurité des enveloppes de matériel électrique en zone explosible caractérisé en ce qu'il utilise uniquement des composants pneumatiques à l'exception des contacts électriques de sortie CEl 1-CE2-CE3. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'il utilise une vanne tri-fonctions (V3): isolement, balayage, surpression régulée. Cette vanne permet la régulation fine de faibles valeurs de surpressionde l'ordre de 0.25 à 30 mb (ou au dessus) sous des débits variables requis pour la compensation des fuites de l'enveloppe. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise une minuterie (M) à mouvement d'horlogerie mécanique indépendant, à réarmement pneumatique, à équipages pneumatique et électrique antidéflagrant signalant la fin de temporisation électrique constitués par les fins de course PM, CEl sous l'action de la palette PF. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il utilise un module de sortie MS équipé d'une soupape magnétique pour échappement continu du gaz de balayage protégeant l'enveloppe contre les surpressions dangereuses; en ce qu'il utilise un mode de surveillance du débit de balayage par la pression interne engendrée par l'échappement du gaz de protection au travers des fraisures FR et en ce qu'il utilise un jeu de chicanes (CN) inséré dans le conduit afin d'éviter toute transmission 2 0 d'étincelles hors de l'enveloppe.