Brevet FR2921769A1 — publié le 20090403

APPAREIL DE DETECTION D'UN COURANT DE DEFAUT L'invention concerne un appareil de détection d'un courant de défaut se produisant dans un système composé d'au 5 moins deux lignes de courant. On utilise habituellement un transformateur de courant totalisateur dans un appareil de ce genre. Ce transformateur a, sur un côté primaire, une paire de bornes pour chaque ligne de courant. Le transformateur de courant 10 totalisateur peut ainsi être monté dans la ligne, de sorte que le courant passant dans la ligne passe entre les deux bornes de la paire de bornes respective. Un enroulement primaire du transformateur de courant totalisateur est monté entre la paire de bornes. Sur un côté secondaire, le transformateur de 15 courant totalisateur a un enroulement secondaire qui est couplé à une unité d'exploitation. Or, si l'appareil est inséré dans le système de ligne et si le circuit est fermé, il passe un courant qui n'est pas un courant de défaut dans l'une des lignes, ce courant allant à un consommateur se trouvant à 20 l'extérieur de l'appareil et revenant par l'autre ligne. Le courant produit dans les enroulements primaires respectivement un champ magnétique. Comme le courant va et vient en même temps dans l'enroulement primaire et dans l'autre enroulement primaire, les champs magnétiques produits dans les 25 enroulements primaires s'équilibrent exactement. Il en va autrement lorsqu'il apparaît un courant de défaut. Le courant arrive alors par l'une des lignes mais sort par l'autre ligne. Le courant arrivant produit dans l'enroulement primaire un champ magnétique qui n'est pas compensé par un autre champ 30 magnétique. Ce champ magnétique induit une tension dans l'enroulement secondaire et l'unité d'exploitation utilise à la façon habituelle cette tension comme mesure de l'intensité du courant de défaut. Un appareil du type décrit ci-dessus peut détecter habituellement des courants de défaut dont l'intensité varie d'un facteur allant jusqu'à 100, c'est-à-dire sur deux ordres de grandeur. D'une manière typique, les appareils du type décrit détectent des courants de défaut compris entre 10 mA et 1 A. Une limite inférieure est prescrite par la sensibilité du système, tandis que la limite supérieure est prescrite par le fait que le matériau qui transmet le champ magnétique produit par l'enroulement primaire entre en saturation magnétique. On se déplace d'autant plus le long de la courbe d'aimantation de ce matériau que le courant de défaut est plus intense, et à partir d'un certain domaine, un courant de défaut encore plus intense ne provoque pas l'induction d'une tension encore plus haute. Il serait souhaitable de pouvoir surmonter cette limite naturelle de détection des courants de défaut. Par le EP 0 005 694 A2, on connaît un interrupteur de protection de courant de défaut, dans lequel un transformateur de courant totalisateur a, du côté primaire, deux lignes de courant et, du côté secondaire, une première bobine et un autre enroulement. Le nombre d'ampères tours provoqués par un courant de défaut dans un noyau magnétique du transformateur de courant totalisateur est réglé à zéro, le nombre d'ampères tours nécessaires à cet effet étant produit par un courant passant dans l'autre enroulement. Une mise hors circuit s'effectue au moyen d'une exploitation du courant. L'interrupteur de protection de courant de défaut peut détecter aussi des composantes de courant continu du courant de défaut. On effectue, à cet effet, une prémagnétisation par une tension continue constante et par une tension alternative constante. Un dispositif de mesure ayant un champ magnétique de mesure d'un courant continu qui fonctionne également suivant le principe de la compensation est connu par le DE 29 20 484 Al. Dans ce dispositif, on applique pour la compensation à un enroulement une tension continue qui dépend de la tension sur un circuit intégré. L'invention vise un appareil de détection d'un courant de défaut se produisant dans un système composé d'au moins deux lignes de courant, qui peut détecter des courants 5 de défaut ayant des intensités de plus de deux ordres de grandeur, et en fait notamment aussi des courants continus en tant que courants de défaut. L'invention a donc pour objet un appareil de détection d'un courant de défaut se produisant dans un système 10 composé d'au moins deux lignes de courant, comprenant un transformateur de courant totalisateur qui a, sur un côté primaire, pour chaque ligne de courant, une paire de bornes qui sont reliées entre elles par un enroulement primaire, le transformateur de courant totalisateur ayant en outre, sur un 15 côté secondaire, un enroulement secondaire qui est couplé à d'exploitation, dans lequel - le transformateur de courant totalisateur a un premier autre enroulement et l'unité d'exploitation est conçue pour produire un courant passant dans le premier autre enroulement et d'une intensité telle que ce courant compense les effets d'un courant de défaut réel sur une tension chutant aux bornes de l'enroulement secondaire et dans lequel l'unité d'exploitation est conçue pour utiliser l'intensité du courant qu'elle produit comme mesure du courant de défaut, caractérisé en ce que le transformateur de courant totalisateur comprend un deuxième autre enroulement sur lequel une tension alternative est produite constamment par un générateur, le deuxième autre enroulement étant couplé à l'unité d'évaluation qui est conçue pour détecter en tant que signal d'entrée une unité 20 25 30 une mesure de la tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement et pour produire, en fonction de ce signal d'entrée, un courant continu passant dans le premier autre enroulement. Le transformateur de courant totalisateur de l'appareil suivant l'invention comprend ainsi un premier autre enroulement. L'unité d'exploitation est conçue pour produire un courant passant dans le premier autre enroulement et d'une intensité telle que ce courant compense les effets d'un courant de défaut réel sur une tension chutant aux bornes de l'enroulement secondaire (si possible complètement). L'unité d'exploitation est, en outre, conçue pour utiliser l'intensité du courant qu'elle produit comme mesure du courant de défaut. On n'utilise pas ainsi une tension produite dans l'enroulement secondaire comme mesure de l'intensité du courant de défaut. Bien au contraire, on compense d'une manière aussi parfaite que possible cette tension pendant qu'elle est en formation et on empêche ainsi que la saturation d'aimantation du matériau transmettant le champ magnétique au transformateur de courant totalisateur soit atteinte. Bien au contraire, on travaille constamment au même point de travail de la courbe d'aimantation de ce matériau. L'unité d'exploitation régule, par la production du courant qui passe dans le premier autre enroulement, la tension d'enroulement secondaire à une valeur déterminée à l'avance, pour un système de courant alternatif par à zéro, le point de travail dans la courbe d'aimantation du transformateur de courant totalisateur n'est pas quittée et des effets non linéaires, notamment en fait des effets qui se produisent dans l'état de la technique lorsque l'on atteint la saturation, sont évités. L'appareil suivant l'invention peut être conçu pour détecter des courants de défaut qui sont des courants alternatifs, qui sont des courants continus ou également des courants de défaut des deux types. Un appareil de détection d'un courant de défaut est conçu surtout suivant l'invention pour le cas où le courant de défaut est un courant continu. D'une façon connue, voir par exemple le EP 0167079 B1, cela se produit à l'aide d'un circuit de transducteur. Pour l'appareil selon l'invention, cela signifie que le transformateur de courant totalisateur comprend un deuxième autre enroulement sur lequel une tension alternative est produite constamment par un générateur. Le deuxième autre enroulement est couplé à l'unité d'évaluation. Celle-ci est conçue pour détecter comme signal d'entrée une mesure de la tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement (par exemple la tension totale qui chute aux bornes de cet enroulement et d'une résistance). L'unité d'exploitation produit alors, en fonction de ce signal d'entrée, un courant continu passant dans le premier autre enroulement. Ce courant continu équilibre exactement le courant de défaut si l'unité d'exploitation fonctionne correctement. La tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement reste en effet constante en l'absence d'un courant de défaut. Un courant de défaut qui est un courant continu modifie le point de travail dans la courbe d'aimantation qui appartient au transformateur de courant totalisateur, et ainsi l'inductance du deuxième autre enroulement et la tension chutant à ces bornes se modifient. Si l'on règle donc à la tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement, cela signifie que l'on règle à un point de fonctionnement constant de la courbe d'aimantation, comme cela est souhaité. La tension alternative sur le deuxième autre enroulement induit une tension alternative dans l'enroulement secondaire. Cette tension alternative aussi peut être utilisée par l'unité d'exploitation comme signal d'entrée pour la régulation. Il y a alors une amplitude de cette tension alternative produite dans l'enroulement secondaire qui se produit toujours lorsqu'il n'y a pas de courant de défaut ayant une partie de courant continu, et dès que cette amplitude se modifie, un courant de défaut doit être compensé par un courant continu passant dans l'autre premier enroulement. Pour détecter un courant de défaut qui a un courant alternatif, l'unité d'exploitation doit être conçue pour détecter comme signal d'entrée la tension chutant aux bornes de l'enroulement secondaire et pour produire, en fonction de ce signal d'entrée, un courant alternatif passant dans l'autre enroulement. Ce courant alternatif comporte alors exactement le courant de défaut si l'unité d'exploitation fonctionne correctement. L'appareil suivant l'invention peut être constitué sous la forme d'un appareil de mesure habituel. Le domaine des disjoncteurs de protection représente, toutefois, une application préférée des concepts suivant l'invention. Dans des disjoncteurs de protection de courant de défaut, la liaison entre au moins une paire des bornes peut être interrompue par un disjoncteur. Il faut alors ouvrir, lors de l'apparition d'un courant de défaut d'une intensité déterminée à l'avance, ce disjoncteur, afin de mettre fin au flux de courant passant dans les lignes de courant qui passent dans l'appareil. Tandis que dans des disjoncteurs de protection de courant de défaut habituels, la valeur de la tension produite dans l'enroulement secondaire est le critère pour l'ouverture du disjoncteur, on utilise d'une manière prépondérante simplement l'intensité du courant produit par l'unité d'exploitation. Si cette valeur dépasse une valeur de seuil déterminée à l'avance, le disjoncteur est ouvert. La valeur de seuil concerne, pour un courant continu, la valeur absolue de son intensité et, pour un courant alternatif, la valeur efficace d'intensité. Si le disjoncteur de protection de courant de défaut ouvre dans les deux types de courant de défaut le disjoncteur, il faut, le cas échéant, fixer deux valeurs de seuil, une pour du courant alternatif et une pour du courant continu. On décrit dans ce qui suit un mode de réalisation préféré de l'invention en se reportant au dessin qui 5 représente schématiquement la structure d'un disjoncteur de protection de courant de défaut suivant l'invention. Un disjoncteur de protection de courant de défaut défini dans son ensemble par 10 comporte une première paire 12, 12' de bornes et une deuxième paire 14, 14' de bornes. Ce 10 disjoncteur 10 de protection de courant de défaut est conçu pour l'utilisation dans un système composé de deux lignes, un conducteur de phase et un conducteur de neutre. En étendant à quatre paires de bornes, le disjoncteur 10 de protection de courant de défaut peut sans autre modification de construction 15 être conçu aussi pour un système à trois phases. Le disjoncteur 10 de protection de courant de défaut doit pouvoir interrompre le flux de courant dans un système de ligne et comprend, à cet effet, un interrupteur 16. Dans le cas représenté, l'interrupteur 16 interrompt, lorsqu'il est 20 ouvert, la liaison entre deux paires 12, 12' et 14, 14' de bornes, mais théoriquement l'ouverture de l'une des deux liaisons suffirait. Dans le trajet de liaison entre les bornes 12 et 12', se trouve un enroulement 18 primaire d'un transformateur de courant totalisateur et, dans le trajet de 25 liaison entre les bornes 14 et 14', un enroulement 20 primaire du même transformateur de courant totalisateur. Le transformateur de courant totalisateur a un enroulement 22 secondaire qui est relié à une unité 24 d'exploitation. Si le disjoncteur 10 de protection de courant de 30 défaut est inséré dans le système de ligne, l'une des deux lignes passe sur les bornes 12 et 12' et l'autre des deux lignes sur les bornes 14 et 14'. Le courant global passant dans le système passe ainsi dans le premier enroulement 18 primaire pour aller à un consommateur ou à des consommateurs et le courant revient à nouveau dans l'enroulement 20 primaire en ayant la même intensité. Le courant produit dans l'enroulement 18 primaire un champ magnétique et également dans l'enroulement 20 primaire. Ces deux champs magnétiques s'équilibrent exactement s'il ne se produit pas de courant de défaut. Il est donc produit dans l'enroulement 22 secondaire une tension d'une amplitude égale à zéro. S'il se produit un courant de défaut, il passe seulement du courant par l'une des lignes et ainsi l'un des enroulements 18 ou 20 primaires mais pas sur l'autre. I1 est ainsi produit un champ magnétique qui induirait dans l'enroulement 22 secondaire une tension sans autre mesure. Dans des disjoncteurs de protection de courant de défaut habituels, cette tension sert de mesure de l'amplitude du courant de défaut. Dans le cas présent, le transformateur de courant totalisateur comprend un premier autre enroulement 26. L'unité 24 d'exploitation est conçue pour produire un courant qui est amplifié par un amplificateur 28. L'unité 24 d'exploitation règle alors la tension chutant aux bornes de l'enroulement 22 secondaire à la valeur que cette tension a en l'absence d'un courant de défaut en tenant compte des composants du système déjà décrits, donc à une tension alternative ayant une amplitude égale à zéro. L'unité 24 d'exploitation produit un courant tel qu'après amplification par l'amplificateur 28 lors du passage dans le premier autre enroulement 26, il compense exactement le champ magnétique produit par le courant de défaut. On peut considérer le premier autre enroulement 26 comme un troisième enroulement primaire. L'unité 24 d'exploitation utilise l'amplitude du courant qu'elle produit comme mesure de l'intensité du courant de défaut. Si cette amplitude dépasse une valeur prescrite, le flux de courant doit être interrompu dans son ensemble : l'unité 24 d'exploitation commande un dispositif 30 de déclenchement qui est relié par une liaison 32 au verrou 34 de maintien et fait que ce verrou 34 de maintien ouvre l'interrupteur 16. Les parties du système décrites jusqu'ici suffisent pour un disjoncteur de protection de courant de défaut qui doit interrompre exclusivement le flux de courant lorsqu'il passe un courant de défaut qui est un courant alternatif. Pour tenir compte aussi du cas où le courant de défaut est un courant continu, le disjoncteur 10 de protection de courant de défaut peut avoir les composants facultatifs suivants : il y a une autre branche qui est couplée à l'unité 24 d'exploitation et qui comprend un deuxième autre enroulement 36. Un générateur 38 produit un train d'impulsions qui sont amplifiées par un amplificateur 40 et envoyées à l'enroulement 36, de manière à ce qu'il s'applique à l'enroulement 36 une tension alternative fixée par les impulsions. En aval de l'enroulement 36, est montée une résistance 42 et celle-ci est reliée à son tour à la masse par une impédance 44 complexe. Le dispositif d'exploitation relève au point 48 (par rapport à la masse) la tension alternative chutant aux bornes de l'impédance 44 complexe, tension qui est une mesure de la tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement 36. En l'absence d'un courant de défaut, une tension alternative d'amplitude constante chute aux bornes de l'impédance 44, le courant alternatif ainsi obtenu produisant dans l'enroulement 36 un champ magnétique qui produit dans l'enroulement 22 secondaire une tension alternative de même fréquence. Afin que l'unité d'exploitation puisse distinguer ce signal produit dans l'enroulement 22 secondaire d'un courant de défaut alternatif réel et ne le compense pas par un signal injecté dans le premier autre enroulement 26, il est prévu une prise 46 qui permet à l'unité 24 d'exploitation de détecter la position en phase et l'amplitude du signal produit par le générateur 38 et d'extraire celui-ci dans la tension produite par l'enroulement 22 secondaire. S'il se produit alors un courant de défaut qui est un courant continu ou qui a une composante de courant continu, ce courant continu fait que l'aimantation du matériau de noyau du transformateur de courant totalisateur se modifie. L'inductance de l'enroulement 36 se modifie ainsi et également la chute de tension aux bornes de cet enroulement. La tension alternative modifiée au point 48, d'une part, et également l'amplitude de la tension chutant aux bornes de l'enroulement 22 secondaire se modifient ainsi. L'une de ces deux grandeurs ou également les deux peuvent être prises comme grandeurs d'entrée pour une régulation par l'unité 24 d'exploitation. L'unité 24 d'exploitation produit supplémentairement au courant alternatif qui passe dans l'enroulement 26 ou alternativement à celui-ci également un courant continu passant (après amplification dans l'amplificateur 28) dans le premier autre enroulement 26. Ce courant continu est, lorsque la régulation est parfaite, exactement aussi intense qu'il compense l'effet du courant de défaut, c'est-à-dire que la tension mesurée au point 48 et également la tension alternative chutant aux bornes de l'enroulement 22 a une amplitude qui est aussi grande que s'il n'y avait pas de courant de défaut. L'amplitude du courant continu produit par l'unité 24 d'exploitation dans le cadre de la régulation peut être utilisée comme mesure de l'intensité du courant de défaut. Si une valeur de seuil correspondante est dépassée, l'unité 24 d'exploitation peut commander également le dispositif 30 de déclenchement qui, par la liaison 32, fait alors que le verrou 34 de maintien ouvre l'interrupteur 16. Dans ce qui est représenté à la figure, le disjoncteur 10 de protection de courant de défaut a, pour une ligne de phase, deux bornes 12, 12' et, pour une ligne de neutre, deux bornes 14, 14'. Dans un système à trois phases, cela peut être compliqué de respectivement une paire de bornes pour chaque ligne de phase supplémentaire, paires qui sont reliées mutuellement par un enroulement primaire. Le disjoncteur 10 de protection de courant de défaut suivant l'invention fonctionne sur un grand nombre d'ordres de grandeur pour ce qui concerne l'intensité du courant de défaut. Sont accessibles notamment des ordres de grandeur de l'intensité du courant de défaut du disjoncteur de protection de courant de défaut pour lesquels des disjoncteurs de protection de courant de défaut de l'état de la technique ne fonctionnaient pas jusqu'ici et ne pouvaient pas notamment également interrompre le courant. REVENDICATIONS 1. Appareil (10) de détection d'un courant de défaut se produisant dans un système composé d'au moins deux lignes de courant, comprenant un transformateur de courant totalisateur qui a, sur un côté primaire, pour chaque ligne de courant, une paire de bornes (12, 12' ; 14, 14') qui sont reliées entre elles par un enroulement (18, 20) primaire, le transformateur de courant totalisateur ayant en outre, sur un côté secondaire, un enroulement (22) secondaire qui est couplé à une unité (24) d'exploitation, dans lequel - le transformateur de courant totalisateur a un premier autre enroulement (26) et l'unité (24) d'exploitation est conçue pour produire un courant passant dans le premier autre enroulement (26) et d'une intensité telle que ce courant compense les effets d'un courant de défaut réel sur une tension chutant aux bornes de l'enroulement (22) secondaire et dans lequel l'unité (24) d'exploitation est conçue pour utiliser l'intensité du courant qu'elle produit comme mesure du courant de défaut, caractérisé en ce que - le transformateur de courant totalisateur comprend un deuxième autre enroulement (36) sur lequel une tension alternative est produite constamment par un générateur (38), le deuxième autre enroulement (36) étant couplé à l'unité (24) d'évaluation qui est conçue pour détecter en tant que signal d'entrée une mesure de la tension chutant aux bornes du deuxième autre enroulement 35 (36) et pour produire, en fonction de ce 30signal d'entrée, un courant continu passant dans le premier autre enroulement (26). 2. Appareil (10) suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité (24) d'exploitation est conçue pour détecter comme signal d'entrée une tension chutant aux bornes de l'enroulement (22) secondaire et pour produire, en fonction de ce signal d'entrée, un courant alternatif passant dans le premier autre enroulement (26). 3. Appareil (10) suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est constitué en disjoncteur de protection de courant de défaut et dans lequel la liaison entre au moins une paire (12, 12' ; 14, 14') des bornes peut être interrompue par un disjoncteur (16) et dans lequel l'unité (24) d'exploitation est conçue pour provoquer l'ouverture du disjoncteur (16) si l'intensité du courant qu'elle produit dépasse une valeur de seuil déterminée à l'avance.