Brevet FR2793355A1 — publié le 20001110

DISPOSITIF DE PROTECTION A COMMANDE D'OUVERTURE DE SECURITE. L'invention concerne un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité comportant des contacts principaux un mécanisme d'ouverture desdits contacts, et un relais de déclenchement pour actionner le mécanisme d'ouverture, ledit relais étant commandé par l'application d'un signal d'électrique. Des dispositifs de protection connus, tels que des disjoncteurs, comportent des dispositifs de commande permettant de commander à distance l'ouverture des contacts du disjoncteur. Généralement, ces dispositifs de commande comportent des bobines auxiliaires à maximum de tension ou à minimum de tension. Les bobines commandent l'ouverture du disjoncteur lorsque la tension qui leur est appliquée passe respectivement au-dessus ou au-dessous d'un seuil de tension. Lorsque les dispositifs de protection sont aussi des dispositifs de protection différentielle comportant généralement un tore entourant l'ensemble des conducteurs principaux pour mesurer un courant différentiel ou de fuite de terre, des dispositifs de commande génèrent un courant dans le tore pour provoquer le déclenchement dudit dispositif de protection et l'ouverture des contacts. Les dispositifs utilisant des bobines à minimum de tension pour commander l'ouverture des contacts sont sensibles aux variations de la tension du réseau. Ainsi, si la tension du réseau est interrompue, ou baisse, mme sans commande d'ouverture, les contacts principaux sont commandés en ouverture. Cette situation est gnante lorsque des dispositifs de sécurité ne doivent pas tre ouverts à chaque perturbation du réseau électrique. Pour éviter de très courtes perturbations transitoires, les bobines à minimum de tension instantanées sont remplacées par des bobines à minimum de tension retardées. Cependant, les temporisations sont de l'ordre d'une seconde et ne permettent pas de se prémunir contre les coupures de secteur qui peuvent durer plusieurs minutes. De plus, des temporisations trop longues ne permettraient pas aux bobines à minimum de tension d'tre associés à des dispositifs d'ouverture de sécurité. Il existe des dispositifs d'ouverture de sécurité qui commande l'ouverture d'un dispositif de protection en agissant sur un tore de mesure d'un dispositif de protection différentielle. Cependant, ces dispositifs font passer des courants supplémentaires dans le tore et risque de perturber les mesures de courant différentiel. De plus, ces dispositifs ne permettent pas d'ouvrir le dispositif de protection tant qu'une tension d'alimentation du réseau ne permet pas de faire circuler du courant de commande dans le tore. Dans ce cas, toute action de commande d'ouverture ne provoque pas l'ouverture du dispositif de protection et n'assure pas une sécurité positive. L'invention a pour but un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité ayant une immunité aux coupures d'alimentation électrique du réseau et un fonctionnement à sécurité positive améliorés. Un dispositif selon l'invention comporte des moyens électroniques de traitement d'ouverture connectés à une ligne d'alimentation au relais de déclenchement et à des entrées de contacts à ouverture et comportant des premiers moyens de commande pour commander le relais de déclenchement lorsqu'un circuit entre les entrées de contacts à ouverture est ouvert. Dans un mode de réalisation préférentiel, les moyens électroniques de traitement d'ouverture comportent des moyens de détermination d'une tension de ligne d'alimentation et des seconds moyens de commande pour commander le relais de déclenchement lorsque ladite tension est inférieure à un seuil pendant un temps prédéterminé. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens électroniques de traitement d'ouverture comportent un circuit d'alimentation à réserve d'énergie électrique, des moyens de détermination de l'énergie électrique disponible dans ledit circuit d'alimentation et des troisièmes moyens de commande pour commander le relais de déclenchement lorsque ladite énergie est inférieure à un seuil prédéterminé. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de connexion pour connecter des moyens pour fournir une réserve d'énergie supplémentaire. De préférence, le dispositif comporte des moyens de protection différentielle comportant des moyens de mesure de courant différentiel, et un circuit de déclenchement différentiel connecté aux moyens de mesure et au relais de déclenchement. Avantageusement, le relais de déclenchement reçoit séparément des signaux de déclenchement fournis par les moyens de déclenchement différentiel et des signaux fournis par les moyens électroniques de traitement d'ouverture. Selon une première variante, le dispositif comporte : -un premier module comportant les contacts principaux et le mécanisme d'ouverture desdits contacts, et -un second module comportant des moyens de protection différentielle, le relais de déclenchement, les moyens électroniques de traitement d'ouverture, les entrées de contacts à ouverture, et des moyens de commande. Selon une seconde variante, le dispositif : -un premier module comportant les contacts principaux et le mécanisme d'ouverture desdits contacts, -un second module comportant des moyens de protection différentielle, le relais de déclenchement, et des moyens amplificateurs mécaniques disposés entre le relais de déclenchement et le mécanisme d'ouverture des contacts principaux, et -un troisième module comportant les moyens électroniques de traitement d'ouverture, les entrées de contacts à ouverture, et des moyens de commande. Par exemple, le dispositif de protection comporte des moyens de déclenchement associés aux contacts principaux pour former un disjoncteur électrique. De préférence, le seuil du relais de déclenchement est inférieur à 250 microwatts. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 représente le schéma d'un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité de l'art antérieur ; -la figure 2 représente le schéma d'une bobine à minimum de tension retardée de type connu ; -la figure 3 représente le schéma d'un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité selon un premier mode de réalisation de l'invention ; -la figure 4 représente le schéma d'un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité selon un second mode de réalisation de l'invention ; -la figure 5 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un circuit électronique de traitement d'un dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité selon un mode de réalisation de l'invention. Un dispositif de protection connu 1, représenté sur la figure 1 est installé sur un réseau électrique 2 à protéger. Ce réseau comporte des conducteurs principaux 3 en amont du dispositif de protection et des conducteurs principaux 4 en aval dudit dispositif. Le dispositif 1 et du type à protection différentielle. Il comporte des contacts principaux 5 pour interrompre un courant électrique entre les conducteurs 3 et 4, un tore de mesure 6 de courant différentiel disposé sur des conducteurs principaux, un relais 7 de déclenchement connecté à un enroulement secondaire 8 du tore 7, et un mécanisme 9 d'ouverture et de fermeture des contacts 5. Ledit mécanisme 9 peut tre actionné par le relais de déclenchement 7, un organe de commande 10 représenté par une poignée, ou par un auxiliaire de commande 11 pouvant tre une bobine à maximum ou à minimum de tension. Une bobine à minimum de tension 11 permet d'avoir une ouverture à sécurité positive. Ainsi, sur le schéma de la figure 1, la bobine 11, connectée à deux bornes d'entrée 12, est alimentée par la tension du réseau 2 à travers un circuit 13 comportant des boutonspoussoirs 14 à ouverture connectés en série. Le dispositif de protection comporte une commande d'ouverture de sécurité. Cette commande utilise une bobine à minimum de tension 11 commandée par des boutonspoussoirs 14 à ouverture de type arrt d'urgence. Dès qu'un bouton-poussoir 14 est ouvert, un courant est interrompu dans la bobine 11, qui commande le mécanisme 9 et l'ouverture des contacts 5. Puis, pour pouvoir refermer les contacts 5, la bobine 11 doit tre de nouveau alimentée. Ce type de dispositif est très sensible aux perturbations du réseau. En particulier, lorsque des interruptions de tension interviennent. Dans ce cas, le dispositif ouvre les contacts 5 sans que des boutons-poussoirs soient actionnés. Pour éviter des ouvertures dues à de brèves interruptions de courant, la commande de la bobine 11 peut tre retardée par un circuit retardateur. Une commande de bobine à minimum de tension avec un circuit retardateur sont représentés sur la figure 2. Généralement un circuit retardateur comporte un redresseur et un condensateur connectés à la bobine 11 pour continuer à alimenter ladite bobine pendant des coupures d'alimentations de brèves durées. Les bobines 11 à minimum de tension associées à des retardateurs ne peuvent pas tre facilement adaptées à des dispositifs comportant des commandes d'ouverture de sécurité, notamment à sécurité positive par ouverture de circuit par boutons-poussoirs d'arrt d'urgence. Dans un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, une commande d'ouverture de sécurité n'utilise pas de bobine à minimum de tension, mais comporte un circuit électronique de traitement 17 connecté au relais de déclenchement 7. Avantageusement, la commande du relais 7 est à injection de courant et le relais de déclenchement nécessite très peu d'énergie électrique pour actionner le mécanisme 9. Un dispositif de protection selon un mode de réalisation de l'invention est représenté en figure 3. Le circuit électronique de traitement 17 est connecté à une ligne d'alimentation 18 à travers des entrées 33, au relais de déclenchement 7, et à des entrées 19 de commande à ouverture de contacts. La ligne d'alimentation 18 est par exemple reliée au réseau 2. Le circuit 17 comporte un circuit de commande 20 pour contrôler l'état du circuit 13 comportant les boutons-poussoirs 14. Si le circuit connecté aux entrées 19 est ouvert, le circuit de commande 20 détecte l'ouverture et envoie un signal électrique au relais de déclenchement 7 pour provoquer l'ouverture des contacts principaux 5 Dans le mode de réalisation de la figure 3, le relais 7 peut tre commandé par un courant secondaire de l'enroulement 8 ou par un courant ou une tension fournie par le circuit de commande 20. Afin de ne pas perturber le fonctionnement des circuits une diode 21 est connectée entre l'enroulement 8 et le relais 7 et une diode 22 est connectée entre le circuit 20 et le relais 7. Il est également possible d'avoir sur le circuit 20, une sortie flottante à haute impédance en absence de signal de commande du relais. Ainsi, les liaisons avec le relais peuvent tre directes sans diodes 21 et 22. Le circuit de commande 20 contrôle si le circuit électrique entre les entrées 19 est ouvert, il peut aussi contrôler si une tension est présente sur la ligne d'alimentation 18 et envoyer un signal de commande au relais lorsque la tension de la ligne devient inférieure à un seuil prédéterminée. Le circuit électrique de traitement 17 comporte un circuit d'alimentation 23 connecté entre la ligne d'alimentation 18 et le circuit de commande 20. Ainsi, le circuit 23 alimente le circuit de commande 20 en énergie électrique. Pour garantir un fonctionnement en sécurité positive, le circuit de commande 20 contrôle l'alimentation fournie par le circuit 23 et fournit un signal de déclenchement lorsque l'énergie fournie devient inférieure à un seuil prédéterminé. En effet, si l'énergie devient basse le circuit de commande risque de ne plus fonctionner et une ouverture des contacts des boutons-poussoirs 14 n'est plus détectée. Dans ce cas, il peut tre utile de provoquer le déclenchement pour garantir la sécurité positive. Le circuit 23, comporte avantageusement une réserve d'énergie électrique pour rendre le circuit de commande insensible aux perturbations ou aux manques de tensions temporaires se produisant sur la ligne d'alimentation 18. Avantageusement, le relais 7 fonctionne à injection de courant est à faible consommation. Ainsi, la réserve d'énergie du circuit d'alimentation peut alimenter le circuit de commande pendant un temps assez long, très supérieur à celui des bobines à minimum de tension retardées. Par exemple, la durée de fonctionnement du circuit de commande sur la réserve d'énergie du circuit d'alimentation peut tre de plusieurs minutes. La réserve d'énergie du circuit d'alimentation peut tre constituée par un condensateur de forte valeur, une batterie ou un accumulateur rechargeable par le circuit d'alimentation lui-mme, ou par une pile. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le circuit électronique de traitement 17 est disposé dans un module 24 comportant aussi le tore 6 et le relais de déclenchement 7. Ce module 24 est accouplé avec un module 25 comportant les contacts principaux 5 et le mécanisme d'ouverture 9. Le module 24 peut tre un interrupteur ou un disjoncteur. La figure 4 montre sur un autre mode de réalisation où le module 25, comportant les contacts principaux 5 et le mécanisme d'ouverture 9, est associé à un module 26 comportant le tore 6 et le relais 7, et à un module 27 comportant le circuit électrique de traitement 17. Dans ce mode de réalisation, le circuit 17 comporte un circuit 28 de contrôle de la présence tension sur la ligne 18. Le circuit 28 contrôle la tension de la ligne 18 et envoie un signal de déclenchement au relais 7 lorsque ladite tension devient inférieure à un seuil prédéterminé. Ainsi, le circuit 28 simule le fonctionnement d'une bobine à minimum de tension. Le circuit d'alimentation, représenté dans le mode de réalisation de la figure 4, comporte un convertisseur 29 de tension alternatif-continu, un circuit de contrôle 30 d'énergie et un premier dispositif de stockage 31 d'énergie électrique. Le convertisseur 29 alternatif-continu fournit une tension de fonctionnement aux circuits 20 et 28 et charge le dispositif 31 de stockage. Le circuit 30 contrôle l'énergie disponible pour le fonctionnement du circuit de commande 20 et fournit un signal de déclenchement au relais 7 si l'énergie disponible devient inférieure à une valeur prédéterminée. Cette valeur est de préférence supérieure à l'énergie électrique nécessaire au déclenchement du relais 7 et au fonctionnement du circuit de commande. Le contrôle de l'énergie est fait, par exemple, en contrôlant la tension fournie par le convertisseur 29 et le dispositif 31. Lorsque l'énergie fournie par le convertisseur 29 n'est plus suffisante, par exemple lorsque la tension de la ligne 18 baisse ou est interrompue, le dispositif 31 de stockage alimente le circuit de commande 20. Puisque le dispositif 31 n'alimente qu'un circuit électrique de commande 20, la durée pendant laquelle l'énergie stockée est fournie peut-tre très élevée, par exemple plusieurs dizaines de minutes. Pour augmenter encore la durée de fourniture de l'énergie électrique, le dispositif de la figure 4 peut comporter un dispositif 32 supplémentaire de stockage d'énergie électrique connecté à travers des entrées 45. Le dispositif 32 peut tre amovible par rapport au module 27. Les dispositifs 31 et 32 comportent de préférence des condensateurs ou des batteries rechargeables. Avantageusement, il est possible d'activer ou désactiver indépendamment les fonctions des circuits 28 et 30 en fonction du mode de fonctionnement souhaité. Le module 26 comporte un dispositif amplificateur mécanique 57 disposé entre le relais 7 et le mécanisme 9. Ce dispositif 57 permet de diminuer l'énergie nécessaire pour actionner le relais. Avantageusement, le relais peut tre commandé avec une énergie électrique inférieure à 250 micro volt ampères ou microwatts (250 W ou 1VA). Dans le mode de réalisation de la figure 4, le module 26 peut comporter un circuit 58 de déclenchement différentiel connecté entre 1'enroulement 8 et le relais 7. Le circuit permet des déclenchements différentiels précis et paramétrables. La figure 5, montre un schéma détaillé d'un circuit électrique de traitement 17. Dans ce circuit, les entrées 33 connectées à la ligne 18 fournissent une tension alternative à un circuit atténuateur et redresseur comportant une résistance 34 en série avec un condensateur 35 et un pont redresseur 36. En sortie du pont redresseur 36 une faible tension redressée VR proportionnelle à la tension de la figure 18 est appliquée à un condensateur 37 de filtrage et à une diode Zener 38 pour écrter la tension redressée. Cette tension VR est appliquée à un régulateur 39 à travers une diode 40, au dispositif accumulateur 31 à travers une résistance 41 et éventuellement au dispositif accumulateur 32 à travers une résistance 42. Lorsque la tension redressée VR baisse ou disparait, le dispositif 31 fournit l'énergie électrique emmagasinée au régulateur 39 à travers une diode 43, et le dispositif 32 fournit aussi son énergie à travers une diode 44 s'il est connecté aux entrées 45. Les diodes 40,43, et 44 forment un dispositif qui permet à la tension la plus élevée d'alimenter le régulateur 39. Un condensateur 46 de forte valeur connecté en entrée du régulateur 39 filtre les tensions venant du redresseur ou des dispositifs 31 ou 32. Les dispositifs 31 et 32 ont de préférence des accumulateurs dont la tension est généralement de très faible valeur. Pour élever la tension appliquée à des circuits électroniques, un élévateur 47 est connecté entre le régulateur 39 et une ligne d'alimentation VL fournissant la tension de fonctionnement audits circuits. L'élévateur 47 peut avantageusement tre un circuit doubleur de tension. Dans le mode de réalisation de la figure 5, un circuit de contrôle 48 alimenté par la tension VL comprend les fonctions réalisées par les circuits 20,28 et 30 de la figure 4. Le circuit 48 comporte une première entrée 49 connectée aux entrées 19 pour contrôler l'ouverture de boutons-poussoirs 14. Cette entrée est polarisée par une résistance 50 connectée à la ligne d'alimentation VL. Une seconde entrée 51 du circuit de contrôle 48 est connectée à l'entrée du régulateur 39. En détectant la tension fournie à l'entrée du régulateur, le circuit 48 peut ainsi déterminer l'énergie disponible. Avantageusement, le circuit de contrôle 48 a une troisième entrée 52 connectée à la sortie du pont redresseur 36 pour détecter la présence de tension sur la ligne 18. Lorsque cette entrée est activée, le circuit de contrôle émule le fonctionnement d'une bobine à manque de tension. Pour augmenter la sécurité du dispositif, le circuit 48 peut avoir une quatrième entrée 53 pour contrôler la tension d'alimentation VL. Le circuit de contrôle 48 comporte une sortie pour commander le relais 7 de déclenchement. Le signal de sortie du circuit est appliqué par exemple à la base d'un transistor 54 à travers une résistance 55. Le relais 7 est connecté entre le collecteur du transistor 54 et la ligne VL avec une résistance 56 en série pour limiter le courant. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le circuit de contrôle 48 envoie un signal de déclenchement en sortie si le circuit sur les bornes 19 est ouvert, notamment par une action sur les boutons-poussoirs 14, ou si une énergie insuffisante est détectée par son entrée 51. Si la fonction manque de tension est activée, le circuit 48 fournie un signal de déclenchement lorsque la tension sur son entrée 52, représentative de la tension de la ligne 18, baisse ou disparaît. Cette fonction, manque de tension, peut aussi avoir un fonctionnement retardé. Le circuit de traitement 17 ainsi que les circuits 20,28,23 et 48 peuvent comporter des circuits analogiques numériques, et/ou programmés. Par exemple, le circuit 48 peut tre avantageusement réalisé avec l'un microcontrôler programmable de faible consommation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection à commande d'ouverture de sécurité : -des contacts principaux (5), -un mécanisme (9) d'ouverture desdits contacts, et -un relais (7) de déclenchement pour actionner le mécanisme d'ouverture, ledit relais étant commandé par l'application d'un signal d'électrique, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens électroniques (17) de traitement d'ouverture connectés à une ligne d'alimentation (18), au relais de déclenchement (7) et à des entrées (19) de contacts à ouverture et comportant des premiers moyens (20) de commande pour commander le relais de déclenchement lorsqu'un circuit (13) entre les entrées (19) de contacts à ouverture est ouvert. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens électroniques (17) de traitement d'ouverture comportent des moyens de détermination (20,48) d'une tension de ligne d'alimentation (18) et des seconds moyens de commande (20,48) pour commander le relais de déclenchement lorsque ladite tension est inférieure à un seuil pendant un temps prédéterminé. 3. Dispositif de protection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens électroniques (17) de traitement d'ouverture comportent un circuit d'alimentation (23) à réserve d'énergie électrique (31), des moyens de détermination (30,48) de l'énergie électrique disponible dans ledit circuit d'alimentation et des troisièmes moyens (30) de commande pour commander le relais de déclenchement lorsque ladite énergie est inférieure à un seuil prédéterminé. 4. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de connexion (45) pour connecter des moyens (32) pour fournir une réserve d'énergie supplémentaire. 5. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de protection différentielle comportant des moyens de mesure de courant différentiel (6,8), et un circuit de déclenchement différentiel (21, 58) connecté aux moyens de mesure et au relais de déclenchement (7). 6. Dispositif de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce que le relais de déclenchement (7) reçoit séparément des signaux de déclenchement fournis par les moyens de déclenchement différentiel (6,8,21,58) et des signaux fournis par les moyens électroniques de traitement d'ouverture (17,20,28,30,48,54). 7. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte : -un premier module (25) comportant les contacts principaux (5), et le mécanisme d'ouverture (9) desdits contacts, et -un second module (24) comportant des moyens (6,8,21,58) de protection différentielle, le relais (7) de déclenchement, les moyens (17) électroniques de traitement d'ouverture, les entrées (19) de contacts à ouverture, et des moyens (20,28, 30,48) de commande. 8. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte : -un premier module (25) comportant les contacts principaux (5), et le mécanisme d'ouverture (9) desdits contacts, -un second module (26) comportant des moyens (6,8,21,58) de protection différentielle, le relais (7) de déclenchement, et des moyens (57) amplificateurs mécaniques disposés entre le relais de déclenchement et le mécanisme d'ouverture des contacts principaux, et -un troisième module comportant les moyens électroniques de traitement d'ouverture (17), les entrées (19) de contacts à ouverture, et des moyens (20,28,30,48) de commande. 9. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de déclenchement associés aux contacts principaux pour former un disjoncteur électrique. 10. Dispositif de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le seuil du relais (7) de déclenchement est inférieur à 250 microwatts.