Brevet FR2830692A1 — publié le 20030411

DECLENCHEUR ELECTRONIQUE COMPORTANT UN DISPOSITIF DE TEST DES CAPTEURS DE COURANT Domaine technique de l'invention L'invention concerne un déclencheur électronique comportant des premiers capteurs de courant, associés à des conducteurs d'un réseau électrique à protéger et connectés à un circuit d'alimentation du déclencheur, des moyens de mesure du courant comportant des seconds capteurs de courant, associés auxdits conducteurs et connectés à un circuit électronique de traitement, destiné à réaliser des fonctions de protection et/ou de mesure, et des moyens de test des capteurs de courant, État de la technique Dans certains déclencheurs à propre courant connus, des capteurs de courant distincts sont utilisés pour assurer les fonctions d'alimentation et les fonctions de mesure et/ou de protection du déclencheur. À titre d'exemple, des capteurs de courant classiques, capteurs à noyau fer, assurent l'alimentation du déclencheur, tandis que des capteurs air, par exemple des tores de Rogowski, fournissent à un circuit électronique de traitement du déclencheur les mesures des courants à utiliser pour réaliser différentes fonctions de protection et/ou de mesure. Le fonctionnement correct du déclencheur peut être perturbé par la rupture d'une connexion entre un capteur et le déclencheur ou par la casse d'un fil de bobinage d'un capteur. Certains déclencheurs disposent de moyens de test des capteurs air. Il s'agit alors d'un test de continuité, consistant en une mesure de l'impédance du capteur en injectant un courant dans le capteur air, sous le contrôle du circuit électronique de traitement du déclencheur. Ce type de test présente l'inconvénient de perturber la mesure et de ne pas prendre en compte un défaut d'un capteur à noyau fer. En effet, il ne peut pas être utilisé pour les capteurs à noyau fer, assurant l'alimentation du déclencheur, dans la mesure où un circuit de redressement est connecté en aval de ces capteurs. Objet de l'invention L'invention a pour but un déclencheur comportant un dispositif de test des capteurs de courant ne présentant pas les inconvénients des dispositifs connus et permettant, en particulier, de tester les capteurs de courant sans perturber la mesure. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que les moyens de test comportent des moyens de vérification pour vérifier que des premier et second capteurs de courant, associés à un même conducteur du réseau électrique, débitent simultanément. Le test des capteurs de courant ainsi réalisé est peu coûteux, ne perturbe pas la mesure du courant et permet de tester aussi bien les capteurs à noyau fer que les capteurs air. Selon un développement de l'invention, les moyens de test comportent des circuits intermédiaires, connectés aux premiers capteurs de courant, pour fournir au circuit électronique de traitement des signaux de test représentatifs de la tension de sortie de chaque premier capteur de courant. Chaque circuit intermédiaire comporte, de préférence, un pont redresseur connecté à la sortie d'un premier capteur de courant et un diviseur résistif ayant un point milieu connecté au circuit électronique de traitement et lui fournissant le signal de test correspondant. Description sommaire des dessins 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, dans lesquels : La figure 1 représente, sous forme schématique, un déclencheur électronique selon l'art antérieur. La figure 2 représente un circuit d'alimentation d'un déclencheur selon la figure 1. La figure 3 illustre un mode particulier de réalisation d'un déclencheur selon l'invention. La figure 4 représente une seconde variante de réalisation d'un circuit intermédiaire d'un déclencheur selon l'invention. La figure 5 représente un organigramme pouvant être utilisé dans un déclencheur selon l'invention. Description de modes particuliers de réalisation Un déclencheur électronique selon l'art antérieur est illustré à la figure 1. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés sur la figure. Des capteurs de courant 1 (1a, 1b et 1c pour un disjoncteur tripolaire), associés à des conducteurs d'un réseau électrique à protéger, fournissent à un circuit électronique de traitement 2 des signaux la, lb, Ic, représentatifs des courants circulant dans les conducteurs. Le circuit électronique de traitement 2, de préférence à microprocesseur et destiné à réaliser des fonctions de protection, compare les courants mesurés à au moins un seuil de déclenchement. Il fournit un signal de déclenchement D en cas de défaut, par exemple en cas de surcharge ou de court-circuit. Le signal de déclenchement D est appliqué à une électrode de contrôle d'un interrupteur électronique 3, par exemple constitué par un thyristor. La fermeture de l'interrupteur électronique 3 par un signal de déclenchement D provoque l'excitation d'une bobine de déclenchement 4, connectée en série avec l'interrupteur électronique aux bornes d'une première tension d'alimentation V1. La première tension d'alimentation V1 est fournie par un circuit d'alimentation 5. Dans les déclencheurs à propre courant, le circuit d'alimentation 5 est alimenté par des capteurs de courant associés aux conducteurs du réseau électrique à protéger. Les capteurs de courant connectés au circuit d'alimentation peuvent être les capteurs de courant 1 ou, comme représenté à la figure 1, des capteurs de courant 6 (6a, 6b et 6c) distincts des précédents. Dans ce dernier cas, les capteurs de courant 1 sont, de préférence, des capteurs air, par exemple constitués par des tores de Rogowski, tandis que les capteurs de courant 6 sont, de préférence, des capteurs à noyau fer. Le circuit d'alimentation 5 fournit également une seconde tension d'alimentation V2, inférieure à la première, suffisante pour l'alimentation des divers circuits électroniques du déclencheur. Classiquement le circuit d'alimentation 5 est du type alimentation à découpage, permettant de réguler la tension aux bornes d'un condensateur d'alimentation. Dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 2, les capteurs de courant 1 sont connectés à un circuit de redressement 7, de préférence du type redresseur à double alternance, comportant deux bornes de sortie, dont l'une est connectée à la masse et l'autre à un conducteur 8. Le circuit de redressement 7 est connecté aux entrées d'un circuit d'alimentation à découpage 9. Celui-ci comporte un interrupteur électronique 10, faisant fonction de hacheur, connecté en parallèle sur les bornes de sortie du circuit de redressement. Une première borne de sortie du circuit d'alimentation à découpage 8, fournissant la première tension d'alimentation V1, est connectée au conducteur 8 par l'intermédiaire d'une diode 11, connectée de manière à être conductrice lorsque la tension à la sortie du circuit de redressement 7 est supérieure à V1 et bloquée dans le cas contraire. Un condensateur C est connecté, en parallèle avec un diviseur de tension, entre la première borne de sortie du circuit d'alimentation à découpage 9 et la masse. Le diviseur de tension est un premier diviseur résistif constitué par des première et seconde résistances R1 et R2 connectées en série. Le point milieu du premier diviseur résistif est connecté à une entrée d'un circuit de régulation 12, qui contrôle l'interrupteur électronique 10. Une troisième résistance R3 est connectée, en série avec une diode Zéner Zd, en parallèle sur le condensateur C, le point commun à la troisième résistance R3 et la diode Zéner Zd constituant une seconde borne de sortie du circuit d'alimentation à découpage 9, fournissant la seconde tension d'alimentation V2. La tension V3 au point milieu du premier diviseur résistif est représentative de la tension V1 aux bornes du condensateur. Tant que la tension V3 est inférieure à une tension de référence prédéterminée, le circuit de régulation 12 maintient l'interrupteur électronique 10 en position ouverte (blocage dans le cas d'un transistor). Le conducteur C se charge donc, par l'intermédiaire du circuit de redressement 7 et de la diode 11, à partir des transformateurs de courant. Dès que la tension V3 atteint la tension de référence, le circuit de régulation 12 ferme l'interrupteur électronique 10 (conduction dans le cas d'un transistor), courtcircuitant ainsi la sortie du circuit de redressement. La diode 11 se bloque alors, empêchant la poursuite de la charge du condensateur C. La première tension d'alimentation V1 est ainsi régulée à la valeur de la tension de référence prédéterminée. La seconde tension d'alimentation V2 est alors obtenue aux bornes de la diode Zéner Zd. Comme représenté à la figure 2, le circuit d'alimentation à découpage 9 comporte l'interrupteur électronique 10, la diode 11, le circuit de régulation 12, le premier diviseur résistif (R1 et Ruz), le condensateur C, la résistance R3 et la diode Zéner Zd. Il fournit en sortie les tensions V1 et V. Le déclencheur selon l'invention comporte des moyens pour tester les capteurs de courant. Un capteur de courant 6i à noyau fer et un capteur de courant air 1 i étant associés à chaque conducteur du réseau électrique (i = a, b, c pour un disjoncteur tripolaire), le déclencheur comporte des moyens pour vérifier, voie par voie, c'est- à-dire pour les deux capteurs de courant associés à un même conducteur du réseau électrique, que, lorsque le capteur 6i à noyau fer débite, le capteur air 1 i associé débite également. En effet, si aucun courant ne circule dans l'un des conducteurs du réseau, alors les sorties des capteurs air 1 i et à noyau fer 6i associés sont toutes deux à zéro. Par contre, s'il y a du courant dans le conducteur du réseau, trois possibilités existent : - Soit les deux capteurs associés sont en bon état et débitent tous les deux. Soit le capteur air débite, mais le capteur à noyau fer est coupé ou en court-circuit. Soit le capteur à noyau fer débite, mais le capteur air est coupé ou en court-circuit. Le déclencheur selon l'invention permet, pour chaque voie, de détecter les deux derniers cas, c'est-à-dire de détecter un capteur défectueux, et de fournir une alarme. Pour vérifier qu'un capteur 6i à noyau fer débite, le déclencheur comporte des moyens pour comparer à un premier seuil S1 une grandeur représentative de la tension de sortie du capteur. Lorsque les capteurs 6 sont, comme sur la figure 3, connectés à un circuit d'alimentation à découpage 9, si l'on utilise comme signal de test un signal représentatif de la valeur instantanée de la tension de sortie du capteur 6, la comparaison s'effectue lorsque l'interrupteur électronique 10 est ouvert. En effet, lorsque celui-ci est fermé, la sortie des capteurs 6 est courtcircuitée et ceux-ci ne débitent pas. Pour vérifier qu'un capteur air 1 i débite, le déclencheur compare le signal de sortie du capteur, normalement appliqué à une entrée du circuit électronique de traitement 2 pour réaliser des fonctions de protection et/ou de mesure, à un second seuil S2. Dans un mode de réalisation préféré, la comparaison s'effectue entre le seuil S2 et la valeur efficace lieff du courant li mesuré par le capteur air 1 i considéré, cette valeur efficace étant normalement déjà calculée par le circuit électronique de traitement 2 pour les besoins de la protection. Sur la figure 3, seuls les éléments indispensables à la compréhension de l'invention ont été représentés. En particulier, la bobine de déclenchement 4 et l'interrupteur électronique 3 ne sont pas représentés. Pour tester les capteurs de courant, le redresseur 7 est, dans le mode particulier de réalisation de la figure 3, remplacé, par des circuits intermédiaires 13a, 13b et 13c associés à chacun des capteurs de courant 6a, 6b et 6c. Chaque circuit intermédiaire 13 connecte le capteur de courant 6 associé, d'une part, au circuit d'alimentation à découpage 9 et, d'autre part, au circuit électronique de traitement 2. Sur les figures 3 et 4, seul le circuit intermédiaire 13a est représenté en détail, les circuits intermédiaires 13b et 13c étant identiques. Chaque circuit intermédiaire comporte un redresseur double-alternance 14, sous la forme d'un pont redresseur sur la figure 3, dont les entrées alternatives sont connectées au capteur de courant 6 associé. Dans une première variante, représentée à la figure 3, un second diviseur résistif, à haute impédance, est constitué par des quatrième et cinquième résistances R4 et Rg connectées en série entre une borne de sortie continue (positive sur la figure 3) de chaque redresseur 14 et la masse. Le point milieu du second diviseur résistif de chaque circuit intermédiaire 13 est connecté à une entrée de test associée du circuit électronique de traitement 2. La borne de sortie continue positive de chaque redresseur 14 est, par ailleurs, connectée, par l'intermédiaire d'une première diode associée Du, au conducteur 8 du circuit d'alimentation à découpage 9. Dans une seconde variante, illustrée à la figure 4, un troisième diviseur résistif, à haute impédance, est constitué par des sixième et septième résistances R6 et R7 connectées en série, par l'intermédiaire d'une seconde diode D2, entre une borne d'entrée alternative de chaque redresseur 14 et la masse. Le point milieu du troisième diviseur résistif de chaque circuit intermédiaire 13 est, comme dans la première variante, connecté à une entrée de test associée du circuit électronique de traitement 2. La borne positive de chaque redresseur 14 est alors connectée directement au conducteur 8 du circuit de découpage 9. Ainsi, dans les deux variantes de réalisation, le circuit électronique de traitement 2 reçoit non seulement les signaux la, lb et Ic représentatifs des courants circulant dans les conducteurs mais également des signaux de test Vt (Vta, Vtb et Vtc) fournis par les points milieux des second ou troisième diviseur résistif des circuits intermédiaires 13a, 13b et 13c. Les signaux de test Vt sont représentatifs du fait que le capteur à noyau fer 6 associé fournit ou non du courant d'alimentation au circuit d'alimentation à découpage 9. En effet, si l'interrupteur électronique 10, faisant fonction de hacheur, du circuit d'alimentation à découpage 9 est fermé, le conducteur 8 est mis à la masse. Dans la première variante, la tension aux bornes du second diviseur résistif (R4 et R5), égale à la tension aux bornes du circuit série constitué par la diode D1 et l'interrupteur électronique 10, est alors très faible et la tension de test Vt de tous les circuits intermédiaires est sensiblement nulle. Si l'interrupteur électronique 10 est ouvert et si un capteur de courant 6 fonctionne correctement, celui-ci fournit alors un courant de charge au condensateur C et la tension aux bornes du second diviseur résistif associé est égale à la somme de la tension régulée aux bornes du condensateur C et des tensions aux bornes des diodes D1 et 11, toutes deux à l'état conducteur. Les valeurs des résistances R4 et Rg du second diviseur résistif sont choisies de manière à ce que la tension de test correspondante soit alors voisine de 5V. Si l'un des capteurs de courant 6 (par exemple 6a) est défectueux et ne peut charger le condensateur C, la tension aux bornes du second diviseur résistif associé est alors voisine de zéro, même lorsque l'interrupteur électronique 10 est ouvert et que le condensateur 10 est chargé par les autres capteurs de courant 6 (6b et 6c dans l'exemple considéré). Dans ce cas, la diode D associée au capteur de courant (6a) défectueux empêche les autres capteurs de courant (6b et 6c) de débiter dans le second diviseur résistif associé au capteur de courant (6a) défectueux. De manière analogue, dans la seconde variante de réalisation (fig. 4), la tension de test Vt, redressée simple alternance par la diode D2, est voisine de zéro lorsque l'interrupteur électronique 10, faisant fonction de hacheur, du circuit d'alimentation à découpage 9 est fermé. Si l'interrupteur électronique 10 est ouvert et si un capteur de courant 6 fonctionne correctement, la tension de test redressée correspondante est voisine de 5V. Par contre, si l'un des capteurs de courant 6 (6a par exemple) est défectueux, la tension de test associée est alors voisine de zéro, même lorsque l'interrupteur électronique 10 est ouvert et que le condensateur 10 est chargé par les autres capteurs de courant 6 (6b et 6c dans l'exemple considéré). Le circuit électronique de traitement 2 reçoit ainsi, à la fois, les signaux de test Vti fournis par les premiers capteurs de courant 6i et les signaux de mesure du courant li fournis par les seconds capteurs de courant 1 i et peut vérifier, pour chaque couple de capteurs de courant (6i, 1 i), que ces signaux dépassent respectivement des premier et second seuil (S1 et S2). La figure 5 illustre un exemple d'organigramme pouvant être utilisé par le circuit électronique de traitement 2 pour tester les capteurs de courant associés à l'un des conducteurs du réseau électrique. Dans ce mode de réalisation particulier, les signaux de test Vti de chaque voie sont appliqués à l'entrée d'un filtre numérique, les signaux Vtif de sortie du filtre numérique étant représentatifs de l'état du capteur de courant à noyau fer (6i) correspondant. L'intégration des signaux de test Vti par le filtre numérique permet au circuit électronique de traitement 2 de ne pas tenir compte de l'état du hacheur pour déterminer l'état du capteur de courant. Le filtre numérique, qui peut être réalisé par tout moyen approprié, est de préférence saturé lorsque le signal Vtif dépasse 1,2 S1- Dans une première étape F1, le microprocesseur du circuit électronique de traitement 2 met à zéro des première et seconde grandeurs de temporisation t1 et t2 (t1 = t2 = 0). Puis, dans une étape F2, il vérifie si le signal de test filtré Vtif est inférieur à un seuil minimum So. Si c'est le cas (sortie OUI de F2), la première grandeur de temporisation est incrémentée (t1 = t1+t) dans une étape F3. Le microprocesseur vérifie ensuite, dans une étape F4, si la première grandeur de temporisation a atteint une valeur prédéterminée, 1000 (correspondant par exemple à 10mn) dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5. Si ce n'est pas le cas (sortie NON de F4), le microprocesseur revient à l'étape F2. Sinon (sortie OUI de F4), cela signifie que le capteur de courant 6i à noyau fer, associé au capteur de courant air 1 i, ne débite pas pendant la durée de la première temporisation (10mn). Le microprocesseur vérifie alors, dans une étape F5, si la valeur efficace lieff du courant mesuré par le capteur de courant air 1 i est supérieure au second seuil S2. Si ce n'est pas le cas (sortie NON de F5), cela signifie qu'aucun des deux capteurs, 1 i et 6i, associés à un même conducteur du réseau ne débite et qu'il n'y a pas de courant dans ce conducteur. Le microprocesseur revient alors à l'étape F1 pour une nouvelle vérification. Sinon (sortie OUI de F5), le microprocesseur considère que le capteur 6i, qui ne débite pas tandis que le capteur 1 i associé débite, est défectueux, c'est-à-dire soit coupé soit en court-circuit. Le microprocesseur passe alors à une étape d'alarme F6 dans laquelle il signale que le capteur à noyau fer 6i est défectueux. Si à l'étape F2, le signal de test filtré Vtif est supérieur au seuil minimum So (sortie NON de F2), le microprocesseur vérifie alors, dans une étape F7, si le signal de test filtré Vtif est supérieur au premier seuil S1. Si ce n'est pas le cas (sortie NON de F7), cela signifie que le capteur de courant à noyau fer correspondant est dans un état intermédiaire entre un capteur qui ne débite pas et un capteur qui débite normalement. En pratique, un tel état est généralement représentatif de la période d'intégration des signaux de test Vti par le filtre numérique, avant stabilisation du signal de sortie Vtif. Le microprocesseur revient alors à l'étape F1. Par contre, si le signal de test filtré Vtif est supérieur au premier seuil (sortie OUI de F7), cela signifie que le capteur de courant 6i correspondant débite et la seconde grandeur de temporisation est incrémentée (t2 = t2+At) dans une étape F8. Le microprocesseur vérifie ensuite, dans une étape F9, si la seconde grandeur de temporisation a atteint une valeur prédéterminée, 1000 (correspondant par exemple à 10mn) dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5. Si ce n'est pas le cas (sortie NON de F9), le microprocesseur revient à l'étape F2. Sinon (sortie OUI de F9), cela signifie que le capteur de courant 6i à noyau fer, associé au capteur de courant air 1 i, débite pendant la durée de la seconde temporisation (10mn). Le microprocesseur vérifie alors, dans une étape F10, si la valeur efficace lieff du courant mesuré par le capteur de courant air 1 i est supérieure au second seuil S2. Si c'est le cas (sortie OUI de F10), cela signifie que les deux capteurs, 1 i et 6i, associés à un même conducteur du réseau débitent simultanément et qu'aucun de ces capteurs n'est défectueux. Le microprocesseur revient alors à l'étape F1 pour une nouvelle vérification. Sinon (sortie NON de F10), le microprocesseur considère que le capteur 1 i, qui ne débite pas tandis que le capteur 6i associé débite, est défectueux, c'est-à-dire soit coupé soit en courtcircuit. Le microprocesseur passe alors à une étape d'alarme F11 dans laquelle il signale que le capteur air 1 i est défectueux. REVENDICATIONS 1. Déclencheur électronique comportant des premiers capteurs de courant (6i ; 6a, 6b, 6c), associés à des conducteurs d'un réseau électrique à protéger et connectés à un circuit d'alimentation (5) du déclencheur, des moyens de mesure du courant comportant des seconds capteurs de courant (li ; ; 1 a, 1 b, 1 c), associés auxdits conducteurs et connectés à un circuit électronique de traitement (2), destiné à réaliser des fonctions de protection et/ou de mesure, et des moyens de test des capteurs de courant, déclencheur caractérisé en ce que les moyens de test comportent des moyens de vérification pour vérifier que des premier (6i) et second (li) capteurs de courant, associés à un même conducteur du réseau électrique, débitent simultanément. 2. Déclencheur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers capteurs de courant (6a, 6b, 6c) sont des capteurs à noyau fer. 3. Déclencheur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les seconds capteurs de courant (1 a, 1 b, 1 c) sont des capteurs air. 4. Déclencheur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les seconds capteurs de courant (1 a, 1 b, 1 c) sont des tores de Rogowski. 5. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de test comportent des circuits intermédiaires (13a, 13b, 13c), connectés aux premiers capteurs de courant, pour fournir au circuit électronique de traitement des signaux de test (Vti ; Vta, Vtb, Vtc) représentatifs de la tension de sortie de chaque premier capteur de courant. 6. Déclencheur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque circuit intermédiaire (13a, 13b ou 13c) comporte un pont redresseur (14) connecté à la sortie d'un premier capteur de courant (6a, 6b ou 6c) et un diviseur résistif (R, Rg ; R6, R7) ayant un point milieu connecté au circuit électronique de traitement (2) et lui fournissant le signal de test correspondant (Vti ; Vta, Vtb ou Vtc). 7. Déclencheur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diviseur résistif (R4, Rg) est connecté à une borne de sortie continue du pont redresseur (14), une première diode 01 étant connectée entre la borne positive du pont redresseur et une entrée d'un circuit d'alimentation à découpage (9) du circuit d'alimentation (5). 8. Déclencheur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diviseur résistif (Rg, Ry) est connecté, par l'intermédiaire d'une seconde diode D2, à une borne d'entrée alternative du pont redresseur (14). 9. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les moyens de vérification, destinés à vérifier qu'un premier capteur de courant (6i) débite, comportent des moyens de comparaison des signaux de test (Vti, Vtif) à un premier seuil (sol) 10. Déclencheur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de vérification, destinés à vérifier qu'un second capteur de courant (1 i) débite, comportent des moyens de comparaison à un second seuil (S2) de la valeur efficace (lieff) de signaux de mesure du courant fournis par le second capteur.