Brevet FR2787585A1 — publié le 20000623

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne de façon générale le domaine des dispositifs de protection qui interrompent des circuits électriques en réponse à la détection de défaillances par formation d'arc et plus particulièrement, un procédé et un appareil permettant de tester un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc afin de vérifier son fonctionnement. ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION Les systèmes électriques dans les applications de bâtiments résidentiels, de locaux commerciaux et industriels incluent habituellement un tableau de distribution pour recevoir de l'énergie électrique depuis une alimentation publique et pour distribuer l'énergie électrique sur un ou plusieurs circuits de dérivation. L'énergie est généralement aiguillée au travers de dispositifs de protection de sur- intensité jusqu'à des circuits de dérivation désignés qui alimentent une ou plusieurs charges. Les dispositifs de protection de surintensité sont typiquement des interrupteurs de circuit tels que des disjoncteurs et des fusibles qui sont conçus pour interrompre le courant électrique appliqué sur les charges si certaines limites prédéfinies des conducteurs sont dépassées. Les disjoncteurs sont un type bien connu d'interrupteur de circuit qui sont souvent choisis du fait qu'un mécanisme de remise à l'état initial permet leur réutilisation. Typiquement, les disjoncteurs interrompent un circuit électrique du fait d'une condition de déconnexion ou de disjonction telle qu'une surcharge de courant ou qu'une défaillance de terre. La condition de surcharge de courant est observée lorsqu'un courant excède la valeur nominale continue du T11,i 1 Iir disjoncteur pendant un intervalle temporel déterminé par la courbe de disjonction. La condition de disjonction par défaillance de terre est créée par un déséquilibre des courants qui circulent entre un conducteur de ligne et un conducteur de neutre tel que par un conducteur relié à la terre ou par toute autre voie de courant jusqu'à la terre ou quelquefois par une défaillance par formation d'arc sur la terre. Cependant, les défaillances par formation d'arc sont souvent non détectées par les disjoncteurs standards. Une défaillance par formation d'arc est définie en tant que courant qui traverse des gaz ionisés entre deux extrémités d'un conducteur rompu, entre deux conducteurs qui alimentent une charge ou entre un conducteur et la terre. Suite à la survenue d'une défaillance par formation d'arc, une impédance de dérivation ou de charge peut avoir pour effet que les niveaux de courant soient réduits jusqu'à un niveau au-dessous des établissements/réglages de courbe de disjonction du disjoncteur, ce qui fait que la condition de défaillance par formation d'arc est non détectée par le disjoncteur. En outre, une défaillance par formation d'arc qui ne provoque pas une entrée en contact avec un conducteur relié à la terre ou avec tout autre point relié à la terre ne provoquera pas la disjonction d'un circuit protégé pour défaillance de mise à la terre. Il existe de nombreuses conditions qui peuvent générer une défaillance par formation d'arc, par exemple un câblage ou un isolant corrodé, usé ou vieilli, des connexions présentant un certain jeu, un câblage endommagé par des clous ou des agrafes au travers de l'isolant et une contrainte électrique générée par une surcharge répétée, des décharges dues à la foudre, etc... Ces défaillances peuvent endommager l'isolant du conducteur et/ou peuvent créer une température élevée de façon inacceptable dans le conducteur. Les systèmes de détection de défaillance par formation d'arc/interrupteurs de circuit en défaillance par formation d'arc (AFCI) connus de l'art généralement détectent le courant qui traverse le conducteur de ligne d'un circuit de dérivation, traitent l'information [l-] 1 i ii détectée pour déterminer si oui ou non les caractéristiques du courant de ligne représentent la survenue d'une défaillance par formation d'arc et font disjoncter dans l'état ouvert le circuit de dérivation si une défaillance par formation d'arc s'est produite. Plusieurs systèmes de détection de défaillance par formation d'arc de ce type sont décrits dans le brevet des Etats-Unis n0 5 682 101, dans la demande de brevet des Etats-Unis de numéro de série 09/026 193 intitulée "Electrical Fault Detection System" (Référence du Cabinet de Brevets NBD- 27/SQRE020) et dans la demande de brevet des Etats-Unis de numéro de série 09/129 685 (Référence du Cabinet de Brevets NBD- 27-1/SQRE171) intitulée "Arc Fault Detection System" dont les déposants sont les mêmes que ceux de la présente invention. Le système de détection de défaillance par formation d'arc peut détecter des propriétés électriques autres qu'un courant de ligne. Il existe un besoin pour un procédé et un système simples et efficaces permettant de faciliter le test d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans un circuit de dérivation. La présente invention est orientée vers la fourniture d'un tel procédé et d'un tel système. Elle permet de produire des défaillances par formation d'arc simulées dans le circuit de dérivation et de déterminer si oui ou non le détecteur de défaillance par formation d'arc fait disjoncter, c'est-à-dire interrompt, le circuit en réponse à la condition de formation d'arc simulée. Selon un mode de réalisation, l'appareil de l'invention peut être renfermé dans un boîtier portable relativement petit afin de faciliter un test indépendant de multiples circuits de dérivation. RESUMÉ DE L'INVENTION Selon un aspect de l'invention, un appareil de testeur d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc comprend un circuit de signal de défaillance par formation d'arc pour produire un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. Un commutateur sélectionne séparément ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée et un connecteur de sortie applique le signal sélectionné sur un circuit de dérivation. Un indicateur produit une indication observable du fonctionnement ou du non fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans le circuit de dérivation en réponse à chaque signal pris parmi ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. Selon un autre aspect de l'invention, un appareil de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc comprend un circuit de signalisation qui produit un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande, un connecteur de sortie qui applique le signal sur un circuit de dérivation et un indicateur qui produit une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc du circuit de dérivation en réponse a signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc comprend la production d'un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et d'un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée, la sélection séparément du signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et du signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée, I'application du signal sélectionné sur un circuit de dérivation et la production d'une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans le circuit de dérivation en réponse à chaque signal pris parmi le signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et le signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc comprend la production d'un signal de défaillance par formation d'arc l ILT 11 1i de ligne à neutre simulée qui est constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande, I'application du signal sur un circuit de dérivation et la production d'une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans le circuit de dérivation en réponse au signal de défaillance par formation d'arc de ligne a neutre simulée. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Parmi les dessins: les figures la et lb forment un schéma de circuit d'un appareil de test selon un mode de réalisation de l'invention; et la figure 2 est une vue en perspective d'un boîtier ou module qui peut loger un appareil de test selon un mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DU MODE DE RÉALISATION ILLUSTREÉ Par report maintenant aux dessins et initialement à la figure la est représenté un testeur 5 comportant une partie de circuit d'alimentation 10, une partie de circuit de minuterie monostable 12 et une résistance de défaillance de terre 14 qui forment des parties de I'appareil de test de l'invention. L'alimentation 10 inclut un pont de diodes 16 qui est couplé en série avec un condensateur de chute de tension 18 entre des bornes de ligne et de neutre 20, 22 du circuit. Les bornes de ligne, de neutre et de terre 20, 22 et 23 peuvent être couplées à un circuit de dérivation de n'importe quelle façon souhaitée. Cependant, selon un aspect de l'invention et par report brièvement à la figure 2, les bornes de ligne, de neutre et de terre 20, 22 et 23 sont couplées à un circuit de dérivation par l'intermédiaire de l'astuce consistant à monter les circuits des figures la et 1 b dans une enceinte ou un boîtier 30 et à prévoir une prise courant alternatif (AC) à trois broches en saillie classique 32 destinée à s'enfiler dans une sortie ou une prise femelle de mur AC 33 afin d'ainsi tester un circuit de dérivation depuis son interrupteur de circuit jusqu'à la sortie au niveau de laquelle le testeur 5 est enfiché. Comme représenté sur la figure 2, 7lI 1-iri I le boîtier 30 peut être relativement petit de telle sorte que le testeur soit un dispositif portable à la main petit. Par report à nouveau à la figure 1, un circuit d'indicateur inclut une diode 24 et une résistance de limitation de courant 26 en série avec un élément d'indicateur qui, selon le mode de réalisation représenté, prend la forme d'une diode électroluminescente ou DEL 28. La DEL 28 peut être agencée de manière à être visible de façon externe par rapport au boîtier 30 du module enfichable de la figure 2. L'alimentation applique une tension continue (DC) appropriée sur le circuit de minuterie monostable 12 au moyen d'un circuit de lissage RC comprenant une résistance 34 et un condensateur 36. Une diode Zener 38 définit le niveau de tension continue au niveau d'une entrée de tension continue VCC d'un circuit de minuterie 40. Le circuit de minuterie 40 selon le mode de réalisation représenté comprend un circuit intégré (IC) du type généralement appelé MC 1555. Des composants RC passifs appropriés sont couplés à diverses bornes de l'IC de circuit de minuterie et une connexion à la terre pour l'IC est également prévue sur l'extrémité négative du pont de diodes 16. Une sortie du circuit de minuterie monostable indiquée au niveau d'un point de circuit A est élaborée pour être un point de circuit indiqué à l'identique de la partie de circuit représentée sur la figure 1 b. La figure lb représente un circuit de générateur de courant di/dt 50 qui inclut une paire de circuits opto-isolateurs 52 et 54 qui comportent des parties de DEL connectées selon des polarités identiques entre le point de circuit A (la sortie de la minuterie monostable) et le côté négatif du pont de diodes 16. Des sorties respectives des opto- isolateurs 52 et 54 pilotent des entrées de gâchette respectives d'une paire d'éléments de commutation SCR ou triac 56 et 58 qui sont couplés selon des polarités opposées entre les bornes de ligne et de neutre 20, 22 en série avec une résistance de limitation de courant 60, laquelle est interposée entre la borne de ligne et les éléments de commutation triac 56 et 58. Des résistances TEV 1[Tfr- - respectives 62, 64 et des condensateurs 66, 68 parachèvent le circuit 50. En fonctionnement, la minuterie monostable 12 et le générateur de courant di/dt 50, lorsqu'ils sont activés, simulent une défaillance de ligne à neutre en tant que signal di/dt entre la ligne et le neutre. Selon le mode de réalisation représenté, ces composants sont choisis et réglés de telle sorte que les triacs 56 et 58 soient activés pendant huit demi-cycles de la ligne AC, les composants RC 62, 66 et 64, 68 produisant un courant d'amorçage de phase de 90 afin de maximiser la sortie di/dt du circuit entre les bornes de ligne et de neutre. Ces circuits sont alimentés en déclenchant le circuit de minuterie monostable 40 par l'intermédiaire d'un commutateur "di/dt" 70 représenté sur la figure la. Selon un exemple, le signal di/dt est d'au moins 0,328 fois le courant de crête/500 microsecondes. La conception est ainsi pour tester un interrupteur de défaillance par arc présentant une limite de di/dt d'environ 0,04 ampère par microseconde à 60 ampères. Un arc de ligne à terre est simulé en injectant une défaillance de terre de 50 milliampères dans le circuit. Ceci est réalisé en commutant la résistance de défaillance de terre 14 selon un circuit série entre la ligne et la terre au moyen d'un commutateur de "défaillance de terre" (GF) 72. Par report à nouveau brièvement à la figure 2, selon le mode de réalisation illustré ici, l'appareil de test de l'invention est mis en oeuvre en tant que dispositif portable à la main relativement petit. Le testeur peut être aisément enfiché dans une prise femelle dans un circuit de dérivation à tester. Cependant, il doit être bien compris que le testeur peut être muni d'autres moyens pour coupler des conducteurs de ligne et de neutre du circuit de dérivation à tester sans que l'on s'écarte de l'invention. Par exemple, des clips, des sondes ou d'autres éléments de connexion peuvent être utilisés si on le souhaite. En fonctionnement, le module 30 est tout d'abord couplé avec un circuit de dérivation destiné à être testé. Puis l'un des T I_ [ 11 I commutateurs 70 et 72 est fermé afin de produire soit le signal d'arc simulé de ligne à neutre di/dt, soit le signal d'arc simulé de terre (défaillance de terre). Suite à l'application de l'un ou de l'autre de ces signaux de formation d'arc simulée, un quelconque interrupteur de circuit en défaillance par arc associé au circuit de dérivation doit être activé ou "disjoncté" pour ouvrir ou "interrompre" le circuit entre la ligne et le neutre. Si cela se produit, la DEL 28 devient coupée. Si la DEL 28 reste éclairée, elle peut indiquer soit un dysfonctionnement, soit l'absence d'un interrupteur de défaillance par formation d'arc dans ce circuit de dérivation. Lorsque le testeur 5 est initialement enfiché dans la sortie, si ce circuit de dérivation est activé, la DEL 28 s'éclaire. Si la DEL ne s'éclaire pas initialement, le disjoncteur associé au circuit de dérivation doit être contrôlé et fermé s'il est dans une condition disjonctée ou ouverte. Si la DEL ne s'éclaire toujours pas, le testeur 5 doit être contrôlé. Ce qui a été représenté et décrit ici constitue un appareil de test nouveau et perfectionné ainsi qu'un procédé associé pour une opération de test d'un interrupteur de circuit en défaillance par arc. On appréciera que le procédé de l'invention inclue la production d'un ou de deux signaux de défaillance par formation d'arc simulée de ligne à neutre et de ligne à terre, l'application de l'un des deux signaux ou des deux sur le circuit de dérivation et la production d'une indication observable du fonctionnement ou du non fonctionnement de I'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc en réponse à un ou deux signaux de défaillance de formation d'arc simulée de ligne à neutre et de ligne à terre. Bien que des modes de réalisation et des applications particuliers de la présente invention aient été illustrés et décrits, on comprendra que l'invention n'est pas limitée à la construction précise et aux compositions précises décrites ci-avant et que diverses modifications, divers changements et diverses variantes peuvent apparaître à partir des descriptions précédentes sans sortir de l'esprit et du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Appareil de testeur d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de signalisation de défaillance par formation d'arc (12, 50, 14, 72) pour produire un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; un moyen (70, 72) pour sélectionner séparément ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; un moyen (32, 33) pour appliquer le signal sélectionné sur un circuit de dérivation; et un moyen d'indicateur (28) pour produire une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans ledit circuit de dérivation en réponse à chaque signal pris parmi ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un boîtier relativement petit et portable à la main (30) pour renfermer ledit appareil de testeur, ledit moyen d'application comprenant un moyen de connecteur (32, 33) couplé audit boîtier pour une connexion sur un circuit de dérivation à tester. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de connecteur comprend une prise courant alternatif (32) faisant saillie depuis ledit boîtier pour s'adapter à une prise femelle courant alternatif (33). 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre est constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande. [r 1E iii 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée est constitué par un signal de défaillance de terre simulée. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'indicateur (28) est constitué par une DEL. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de sélection (70, 72) est constitué par un commutateur. 8. Appareil de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen de signalisation (12, 50) pour produire un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande; un moyen (32, 33) pour appliquer ledit signal sur un circuit de dérivation; et un moyen d'indicateur (28) pour produire une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dudit circuit de dérivation en réponse audit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un boîtier portable à la main (30) pour renfermer ledit appareil de test, ledit moyen d'application comprenant un moyen de connecteur couplé audit boîtier pour une connexion sur un circuit de dérivation à tester. 10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen de connecteur en adaptation comprend une prise courant alternatif (32) faisant saillie depuis ledit boîtier pour s'adapter à une prise femelle (33) courant alternatif. 11. Procédé de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: production (12, 50, 14, 72) d'un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et d'un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; sélection séparément (70, 72) dudit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et dudit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; application (32, 33) du signal sélectionné sur un circuit de dérivation; et production (28) d'une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans ledit circuit de dérivation en réponse à chaque signal pris parmi ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre est constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée est constitué par un signal de défaillance de terre simulée. 14. Procédé de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: production (12, 50) d'un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée qui est constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande; application (32, 33) dudit signal sur un circuit de dérivation; et production (28) d'une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans ledit circuit de dérivation en réponse audit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée. 15. Appareil de testeur d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit de signal de défaillance par formation d'arc (12, 50, 14, 72) qui produit un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; un commutateur (70, 72) pour sélectionner séparément ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée; un connecteur de sortie (32) qui applique le signal sélectionné sur un circuit de dérivation; et un indicateur (28) qui produit une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans ledit circuit de dérivation en réponse à chaque signal pris parmi ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée et ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée. 16. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un boîtier portable à la main (30) pour renfermer ledit appareil de testeur. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que ledit connecteur de sortie comprend une prise courant alternatif (32) faisant saillie depuis ledit boîtier pour s'adapter à une prise femelle courant alternatif (33). 18. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre est constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande. 19. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à terre simulée est constitué par un signal de défaillance de terre simulée. 20. Appareil selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit indicateur (28) comprend un voyant qui est couplé aux bornes du connecteur de sortie de façon à être alimenté lorsque le courant circule dans le circuit de dérivation et à ne plus être alimenté lorsque le circuit de dérivation est interrompu. 21. Appareil de test d'interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit de signalisation (12, 50) qui produit un signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée constitué par un signal di/dt d'amplitude relativement grande; --Tll T TrT un connecteur de sortie (32) qui applique ledit signal sur un circuit de dérivation; et un indicateur (28) qui produit une indication observable du fonctionnement ou du défaut de fonctionnement d'un interrupteur de circuit en défaillance par formation d'arc dans ledit circuit de dérivation en réponse audit signal de défaillance par formation d'arc de ligne à neutre simulée. 22. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il inclut en outre un boîtier portable à la main (30) pour renfermer ledit appareil de test. 23. Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit connecteur de sortie est constitué par une prise courant alternatif (32) faisant saillie depuis ledit boîtier (30) pour s'adapter à une prise femelle courant alternatif (33) d'un circuit de dérivation.