Brevet FR2792468A1 — publié le 20001020

X4 2792468 DECLENCHEUR ELECTRONIQUE A RECONSTITUTION DE PHASE ET DISJONCTEUR COMPORTANT UN TEL DECLENCHEUR. L'invention concerne un déclencheur à reconstitution de phase comportant au moins deux capteurs disposés sur des conducteurs principaux à protéger, et - une unité de traitement comportant des moyens de traitement des signaux de courant connectés aux capteurs, des moyens de reconstitution de phase recevant des signaux représentatifs des signaux de courant fournis par les capteurs, et des moyens de traitement de fonction de déclenchement connectés aux moyens de traitement des signaux de courant et aux moyens de reconstitution. L'invention concerne aussi un disjoncteur comportant un tel déclencheur. Les déclencheurs à reconstitution de phase comportent généralement deux capteurs disposés sur deux conducteurs principaux de phase et reconstituent un signal représentatif de la troisième phase lorsque le réseau est en triphasé. Chaque capteur peut aussi entourer deux conducteurs principaux, ainsi la mesure du courant sera représentative de la somme de deux courants de phase. Ces types de déclencheurs sont décrits notamment dans les brevets US ,777,835 et US 5,815,357. Pour la reconstitution d'une phase qui n'est pas mesurée, des moyens d'échantillonnage fournissent, à intervalles réguliers, des échantillons de signal de courant. Puis, des moyens de traitement comportant un microprocesseur calculent point par point le signal de phase manquant. Dans ce mode de traitement, le calcul de la phase reconstituée risque de ne pas être suffisamment précis. En effet, les capteurs de courant, tels que des transformateurs de courant à circuit magnétique, comportent des réponses non linéaires. La non- linéarité des réponses est due notamment à la saturation des circuits magnétiques à forts courants. Ainsi, dès que les courants dans les conducteurs principaux augmentent, la reconstitution point par point devient imprécise. L'invention a pour but un déclencheur électronique à reconstitution de phase permettant une précision de la reconstitution sur une large plage de mesure. Dans un déclencheur selon l'invention, les moyens de reconstitution de phase comportent: - des premiers moyens de détermination pour déterminer des signaux représentatifs des amplitudes des signaux de courant fournis par les deux capteurs, - des seconds moyens de détermination pour déterminer un signal représentatif d'un déphasage entre des signaux représentatif des signaux fournis par les deux capteurs, et io - des troisièmes moyens de détermination connectés aux premiers et seconds moyens de détermination pour déterminer un signal représentatif d'un courant de phase reconstitué en fonction des signaux représentatifs des amplitudes et du signal représentatif d'un déphasage des signaux fournis par les deux capteurs. Dans un mode de réalisation préférentiel, les seconds moyens de détermination comportent des moyens pour calculer le cosinus du déphasage entre les signaux représentatifs des signaux fournis par les deux capteurs. De préférence, les seconds moyens de détermination comportent des moyens pour déterminer des instants de passages à zéro dans un sens prédéterminé des signaux fournis par les capteurs de courant, lesdits instants étant un premier instant de passage à zéro d'un premier signal, un second instant de passage à zéro d'un second signal et un troisième instant de passage à zéro successif du premier signal, un signal représentatif du déphasage étant sensiblement proportionnel au rapport d'un temps entre les premier et second instants sur un temps entre les premier et troisième instants correspondant à la période du premier signal. Dans un mode de réalisation préférentiel, les troisièmes moyens de détermination comportent des premiers moyens de calcul d'un signal de produit pour calculer le produit des signaux représentatifs des amplitudes et du signal représentatif d'un déphasage. Avantageusement, les troisièmes moyens de détermination comportent des seconds moyens de calcul d'un signal de somme pour calculer la somme des signaux d'amplitude élevés au carré et du signal de produit. De préférence, le déclencheur comporte des moyens de détermination de courant homopolaire comportant un capteur de courant disposé sur l'ensemble des conducteurs principaux. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de reconstitution utilisent le signal fourni par les troisièmes moyens de détermination lorsqu'au moins un des signaux de courant fournis par les deux capteurs dépasse un premier seuil prédéterminé. Avantageusement, chaque capteur de courant entoure deux conducteurs principaux. Un disjoncteur selon un mode réalisation de l'invention comporte au moins trois contacts connectés en série avec des conducteurs principaux et un déclencheur ayant les caractéristiques définies ci-dessus. 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 déclencheur à reconstitution de type connu; - la figure 2 représente le schéma d'un déclencheur à reconstitution selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 illustre des signaux en sortie de deux capteurs de courant et un mode de détection de déphasage. - la figure 4 montre une courbe de déclenchement d'un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention ayant au moins deux zones de reconstitution; Le déclencheur électronique de la figure 1 comporte une unité de traitement 1 connectée à deux capteurs de courant 2 et 3 pour recevoir des signaux Is I et Is2 représentatifs de courants Ip 1, Ip2 et Ip3 circulant dans des conducteurs 36 à protéger. Les IsI et Is2 sont appliqués à l'entrée d'un circuit 4 de traitement de signaux de courant. Le circuit de traitement 4 fournit à un circuit de traitement 5 des fonctions de déclenchement des signaux représentatifs des courants mesurés et traités par le circuit 4. Un circuit de reconstitution 6 connecté aux circuits de traitement 4 et 5 reçoit des signaux représentatifs des courants mesurés et fournit un signal représentatif de la phase reconstituée. Ainsi, dans le dispositif de la figure 1, le circuit de traitement 5 reçoit des signaux représentatifs des courants des trois phases circulant dans les conducteurs à protéger. Le circuit de traitement 5 effectue les fonctions de déclenchement et fournit un signal de déclenchement à un relais 7 lorsque des signaux de courant qu'il reçoit dépassent des seuils pendant des durées prédéterminées. Les fonctions de déclenchement sont notamment, les fonctions long retard, court retard et instantané. Le relais commande alors l'ouverture de contacts 8 à travers un mécanisme d'ouverture. Les capteurs de courant 2 ou 3 comportent généralement un circuit magnétique qui provoque une réponse non linéaire. Par exemple, un transformateur de courant subit une saturation lorsque le courant circulant dans un conducteur primaire 36 augmente. Dans ce cas, une reconstitution point par point, à chaque échantillon de courant risque de donner un signal de reconstitution de phase erroné. Un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention a des moyens de reconstitution améliorés qui évitent ou limitent des erreurs de reconstitution lorsque les signaux de courant sont déformés. La figure 2 montre un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention. Les capteurs 2 et 3 sont disposés chacun sur un conducteur primaire principal 36 pour mesurer dans ce schéma, le courant de la phase I et celui de la phase 3. Ces capteurs 2 et 3 sont notamment des transformateurs de courant dont l'enroulement secondaire fournit un courant qui circule dans une résistance de mesure respectivement 9 et 10. Des signaux Isl et Is3 représentatifs de courant IPI et IP3 sont appliqués au circuit de traitement 4 qui détermine par exemple des valeurs efficaces Il et I3 desdits signaux de courant. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le circuit de reconstitution reçoit les signaux IsI et Is3 et fournit un signal I2 reconstitué. Les signaux Is et Is3 sont appliqués à des modules 11 et 12 qui déterminent des signaux d'amplitude Ial et Ia3 représentatifs des signaux Isl et Is3 respectivement. Par exemple, les signaux Ial et Ia3 peuvent être détectés par un des détecteurs de crête. Une réponse de i5 capteurs tels que des transformateurs de courant est plus linéaire et moins sensible à des déformations que des réponses en valeurs instantanées ou en valeurs efficaces. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, les valeurs des amplitudes Ial et Ia3 peuvent aussi être déterminées à partir des valeurs efficaces II et I3 fournies par le circuit 4, par exemple en effectuant une racine carrée desdites valeurs. Il est également possible de déterminer Ial et Ia3 en effectuant des filtrages ou des transformées de Fourier des signaux Is et Is3. Les signaux Ial et Ia3 sont appliqués à des modules 13 et 14 qui déterminent des carrés Ial 2 et Ia32 des signaux d'amplitude Ial et Ia3. Le circuit de reconstitution 6 comporte un module 15 recevant des signaux représentatifs des signaux IsI et Is3 pour déterminer un signal F((p) en fonction du déphasage entre lesdits signaux Isl et Is3. De préférence, le module 15 détermine un signal de déphasage qp entre les signaux IsI et Is3 puis le cosinus du signal de déphasage (p. La valeur du cosinus peut être multipliée par un facteur deux. Les signaux d'amplitude Ial, Ia3 et le signal F(tp) sont fournis à un module 16 qui effectue le produit desdits signaux. Le module 16 fournit un signal P représentatif du produit des signaux d'amplitude Ial Ia3 et du signal F(p). Ensuite, un module 17 sommateur effectue la somme des signaux d'amplitude élevée au carrée lal2 et Ia32 et du signal P de produit. Ainsi, le module 17 fournit un signal Ia22 représentatif de l'amplitude de la phase reconstituée élevée au carré. Le signal Ia22 est appliqué à un module 18 qui effectue le calcul de la racine carrée Ia2 dudit signal Ia22 Puis, un module 19 détermine la valeur efficace I2 du signal reconstitué représentatif du courant Ip 2 de la phase reconstituée. Les signaux Il, 13 fournis par le circuit 4 et le signal I2 reconstitué sont appliqués au circuit de traitement 5 des fonctions de déclenchement. Les équations suivantes représentent des signaux déterminés par un circuit de reconstitution dans un mode particulier de réalisation de l'invention tel que celui représenté sur la figure 2. Une équation (I) représente le signal F(qp) dépendant du signal de déphasage. F(p) = 2*cos((p) (1) Une équation (2) représente le signal P représentatif du produit des signaux Ial2, Ia32 et F(qp). P =2*Ia l*Ia3*cos((p) (2) Une équation (3) représente le signal Ia22 reconstituant la valeur de l'amplitude au carré du courant de phase reconstitué. Ia22=Ial2 + Ia32 + (2*Ial*Ia3*cos(p)) (3) Une équation (4) représente le signal Ia2 de l'amplitude du courant de phase reconstitué. Ia2 = /Ial2 + Ia32 + 2*Ial*Ia3*cos(qp) (4) Une équation (5) représente le signal I2 représentatif du courant efficace de la phase reconstituée. I2= --*/Ia12 + Ia32 + (2*Ial*Ia3*cos(p)) (5) Avantageusement, un dispositif 20 de détection de courant homopolaire permet de vérifier si la somme vectorielle des courants primaires Ipl, Ip2 et Ip3 est sensiblement nulle. En effet, dans le mode de réalisation de la figure 2, si un courant Ip2 circule dans le circuit sans revenir par ipl ou Ip3, il ne sera pas reconstitué. Le circuit de détection 20 connecté à un capteur de courant homopolaire 21 permet donc une protection des circuits électriques même si un seul courant circule dans la phase qui n'est pas mesurée. Le dispositif 20 peut commander directement le relais 7 lorsqu'un signal représentatif d'un courant homopolaire dépasse un seuil prédéterminé. Il est possible aussi d'intégrer le dispositif à un dispositif spécialisé pour des fonctions de déclenchement en protection terre ou homopolaire. La figure 3 montre des signaux Is et Is3 et un mode de détection du déphasage entre lesdits signaux. Par exemple, à un instant tl, le signal Isl passe au dessus de zéro de manière croissante. Puis, à un instant t2 le signal Is2 passe au dessus de zéro de manière croissante. Ensuite, à un instant t3 le signal Is I passe de nouveau au dessus de zéro de manière croissante. Dans un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention, la période d'un signal de phase est déterminée en détectant le temps écoulé entre les instants tI et t3 (t3-tl), et un signal de déphasage S(qp) est déterminé en faisant le rapport d'un temps écoulé entre les instants t 1 et t2 (t2-tl) et la période (t3-tl). Le signal de déphasage S(qp) peut être représenté par une équation 6 suivante: S(q)= (t3 - tl) / (t2 - tl) (6) Dans ce cas, le signal S(q) peut prendre une valeur entre 0 et 1 représentative d'un déphasage entre 0 et 360 en degrés ou entre 0 et 2rr en Radians. Pour améliorer les performances du déclencheur le dispositif de reconstitution peut fonctionner de différentes manières en fonction du courant des capteurs. Par exemple, la reconstitution d'une manière classique jusqu'à un premier niveau de courant dans les capteurs peut fonctionner selon un mode de réalisation de l'invention entre le premier niveau de courant et un second niveau de courant, puis fonctionner en déclenchement instantané sans reconstitution lorsque le courant dépasse le second niveau de courant ou un seuil de déclenchement instantané. Un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention peut fonctionner selon des zones illustrées sur la courbe de déclenchement représentée sur la figure 4. Par exemple, dans une première zone 22 inférieure à un premier seuil S 1 le déclencheur fonctionne selon un premier mode de reconstitution. Dans une seconde zone 23 supérieure au premier seuil et inférieure à un second seuil S2, le déclencheur fonctionne selon un mode de reconstitution tel que décrit dans la figure 2 et au- dessus du seuil S2 le déclencheur fonctionne sans reconstitution dans une zone 24. Par exemple, le premier seuil S1 peut être de l'ordre de cinq fois un courant nominal In du déclencheur et le second seuil S2 peut être de dix fois le courant nominal In. La figure 5 montre un organigramme représentant un mode de fonctionnement d'un déclencheur selon un mode de réalisation de l'invention. - la figure 5 montre un organigramme de fonctionnement d'un déclencheur à reconstitution de phase selon un mode de réalisation de l'invention. Dans une étape 25, le déclencheur détermine les amplitudes Ial et Ia3 des courants mesurés. Puis, à une étape 26, les courants mesurés sont comparés à un seuil S I pour déterminer le mode de reconstitution. Si le seuil Si est dépassé, la reconstitution est effectuée selon un mode de reconstitution qui utilise les amplitudes des courants mesurés. Le passage à zéro du courant Isl croissant est détecté à un instant tl pendant une étape 27. Ensuite, le passage à zéro à la croissance du signal de courant Is2 est détecté à un instant t2 pendant une étape 28. Lors d'une étape 29, la durée t2-tl est calculée pour déterminer le déphasage. A une étape 30, un nouveau passage à zéro croissant du signal Isl est détecté à un instant t3. Cet instant t3 peut aussi être considéré comme un nouvel instant tl(n+l) pour le calcul d'un déphasage à un cycle suivant. Le calcul de la période du signal Isl (t3-tl) est calculée à une étape 31. Une étape 32 permet de mémoriser l'instant t3 comme un instant tl utilisé dans le calcul du cycle suivant. Lors d'une étape 33, un signal F(qp) représentatif du déphasage est calculé. Puis, à une étape 34 un signal I2 reconstitué est calculé par exemple, selon un calcul représenté par l'équation (5). Les fonctions de déclenchement sont traitées à une étape 35 en utilisant les signaux de courant Il, I2 et I3. L'ensemble des circuits et des modules décrits dans les modes de réalisation ci-dessus peut être groupé su un même circuit et être intégré dans un disjoncteur. Ces circuits peuvent être réalisés sous des formes analogiques et/ou numériques. L'ensemble des fonctions peut être réalisé de manière câblée ou programmée dans un microprocesseur ou un microcontrôleur. Les capteurs 2 et 3 peuvent entourer chacun un ou deux conducteurs pour la mesure de courant primaire. Lorsque les capteurs entourent deux conducteurs, l'alimentation du déclencheur par les capteurs de courant peut être assurée dans tous les cas de configuration. Le déclencheur peut être alimenté par les capteurs de courants 2 et 3 par une alimentation auxiliaire et/ou par un capteur de courant homopolaire. D'autres fonctions utilisant des signaux de courant reconstitués peuvent être associées au déclencheur. Ces fonctions peuvent être, par exemple, l'affichage de valeur de courants ou des fonctions de communication. Le déclencheur décrit ci- dessus est de préférence intégré à un disjoncteur triphasé mais il pourrait aussi être réalisé de manière indépendante et fonctionner comme un relais de protection. I REVENDICATIONS 1. Déclencheur à reconstitution de phase comportant - au moins deux capteurs (1, 2) disposés sur des conducteurs principaux (36) à protéger, et - une unité de traitement (1) comportant des moyens de traitement (4) des signaux de courant connectés aux capteurs, des moyens (6) de reconstitution de phase recevant des signaux (Isl, Is3) représentatifs des signaux de courant fournis par les capteurs, et des moyens (5) de traitement de fonction de déclenchement connectés aux moyens de traitement des signaux de courant et aux moyens de reconstitution, déclencheur caractérisé en ce que les moyens de reconstitution de phase comportent: des premiers moyens (11, 12, 25) de détermination pour déterminer des signaux (Ial, Ia3) représentatifs des amplitudes des signaux de courant (Is 1, Is3) fournis par les deux capteurs, - des seconds moyens (15, 27-33) de détermination pour déterminer un signal (F(q), S((p), cos(p)) représentatif d'un déphasage entre des signaux représentatif des signaux (Isl, Is3) fournis par les deux capteurs, et - des troisièmes moyens (13, 14, 16, 17, 34) de détermination connectés aux premiers et seconds moyens de détermination pour déterminer un signal (Ia22, Ia2, I2) représentatif d'un courant de phase reconstitué en fonction des signaux représentatifs des amplitudes et du signal représentatif d'un déphasage des signaux fournis par les deux capteurs. 2. Déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de détermination comportent des moyens (15, 33) pour calculer le cosinus du déphasage entre les signaux représentatifs des signaux (Isl, Is3) fournis par les deux capteurs. 3. Déclencheur selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que les seconds moyens de détermination comportent des moyens pour déterminer des instants de passages à zéro dans un sens prédéterminé des signaux fournis par les capteurs de courant, lesdits instants étant un premier instant (tl) de passage à zéro d'un premier signal (Isl), un second instant (t2) de passage à zéro d'un second signal (Is3) et un troisième instant (t2) de passage à zéro successif du premier signal (Isl), un signal représentatif du déphasage étant sensiblement proportionnel au rapport d'un temps (t2-tl) entre les premier (tl) et second (t2) instants sur un temps (t3-tl) entre les premier (tl) et troisième (t3) instants correspondant à la période du premier signal. 4. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les troisièmes moyens de détermination comportent des premiers moyens de calcul (16) d'un signal (P) de produit pour calculer le produit des signaux représentatifs des amplitudes et du signal représentatif d'un déphasage. 5. Déclencheur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les troisièmes moyens de détermination comportent des seconds moyens de calcul (17) d'un signal (Ia22) de somme pour calculer la somme des signaux d'amplitude élevés au carré (al 2, Ia32) et du signal de produit (P). 6. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (20) de détermination de courant homopolaire comportant un capteur de courant (21) disposé sur l'ensemble des conducteurs principaux. 7. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de reconstitution utilisent le signal fourni par les troisièmes moyens de détermination lorsqu'au moins un des signaux de courant (Isl, Is3) fournis par les deux capteurs dépasse un premier seuil (SI) prédétermine. 8. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que chaque capteur (2, 3) de courant entoure deux conducteurs principaux. 9. Disjoncteur comportant au moins trois contacts (8) connectés en série avec des conducteurs principaux (36) caractérisé en ce qu'il comporte un déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.