Brevet FR2989823A1 — publié le 20131025

DISJONCTEUR DE BRANCHEMENT D'ABONNE AU RESEAU DE DISTRIBUTION D'ENERGIE ELECTRIQUE BASSE TENSION La présente invention concerne le domaine des disjoncteurs de 5 branchement pour les réseaux de distribution d'énergie électrique basse tension. Un disjoncteur de branchement, encore connu sous le nom d'AGCP (acronyme mis pour Appareil Général de Commande et de Protection), est un dispositif de protection que le distributeur d'énergie électrique installe chez un 10 particulier abonné, en couplage avec un dispositif de comptage électrique, et dont la fonction est d'interrompre le courant électrique dans l'installation de l'abonné dans certains cas bien déterminés. Une fonction première du disjoncteur de branchement est notamment de permettre au distributeur d'énergie électrique de couper l'alimentation 15 électrique lorsqu'un courant de surcharge est détecté dans l'installation électrique de l'abonné, typiquement lorsque l'abonné consomme plus de puissance que la puissance maximale qu'il a souscrite avec le distributeur. Pour réaliser cette fonction de protection contre les surintensités prolongées, le disjoncteur comporte classiquement des moyens déclencheurs dits 20 « thermiques », composés typiquement d'un actionneur bimétal, ou bilame, en série sur chaque phase de l'installation électrique de façon à être traversé par le courant de phase, ou en association avec les spires d'un fil électrique lui-même traversé par le courant de phase. Dans les deux cas, une surcharge du courant de phase provoque par effet Joule un échauffement et la déformation 25 du bilame associé à la phase. Le bilame déclenche alors mécaniquement des moyens de contact qui commandent l'ouverture du circuit électrique. La plupart des disjoncteurs actuels protègent en outre les installations électriques contre les surcharges importantes et les courts-circuits. Pour réaliser cette fonction de protection contre les courts-circuits, le disjoncteur 30 comporte généralement des moyens déclencheurs dits « magnétiques », composés typiquement d'une bobine magnétique en série sur chaque phase de l'installation électrique de façon à être traversée par le courant de phase. Une forte variation d'intensité au travers des spires de la bobine magnétique se traduit par une forte variation du champ magnétique créé par la bobine. Ce dernier déclenche le déplacement d'un noyau de fer doux, lequel déclenche alors mécaniquement des moyens de contact qui commandent l'ouverture du circuit électrique. L'interruption est généralement instantanée. Dans certains cas, le noyau de fer doux se déplace dans un fluide dont la viscosité permet de temporiser le déclenchement. Enfin, certains disjoncteurs de branchement, dits différentiels, protègent en outre les personnes contre un défaut d'isolement de l'installation électrique. Pour réaliser cette fonctionnalité, ces disjoncteurs de branchement comportent un circuit magnétique en forme de tore à l'intérieur duquel passent le ou les conducteurs de phase et le conducteur de neutre de l'installation. En l'absence de fuite, les champs électromagnétiques ainsi créés s'annulent. En revanche, en cas de défaut d'isolement, le champ magnétique résultant n'est pas nul, et le courant différentiel du tore ainsi généré alimente un relais électromagnétique, de type électro-aimant, qui coupe l'ensemble des phases. L'interruption peut être immédiate dans le cas des disjoncteurs différentiels dits « généraux » ou de type G, ou différée d'un délai prédéfini dans le cas des disjoncteurs différentiels dits « sélectifs » ou de type S. Les moyens déclencheurs thermiques sont très sensibles aux variations 20 de température extérieure, et nécessitent un ajustement très précis lors de la fabrication. Les moyens déclencheurs magnétiques font appel quant à eux à des procédés d'assemblage très complexes. Outre les inconvénients liés à l'encombrement et les difficultés de fabrication des disjoncteurs de type magnétothermiques décrits ci-dessus, un 25 autre problème posé par ces disjoncteurs réside dans le fait qu'il est nécessaire de prévoir de nombreuses références de disjoncteurs pour répondre à toutes les offres d'abonnement d'un distributeur d'énergie électrique. Par exemple, en France, l'entreprise ERDF propose à ses abonnés au réseau basse tension une puissance de souscription comprise entre 3 et 30 36 kVA à laquelle correspond un calibre, c'est-à-dire un courant nominal, du disjoncteur selon le tableau de correspondance suivant : Puissance souscrite Réglage Réglage Calibre (kVA) Calibre disjoncteur disjoncteur triphasé (A) monophasé (A) 3 15 - 6 30 10 9 45 15 12 60 20 15 - 25 18 - 30 24 - 40 30 - 50 36 - 60 Pour une installation électrique monophasée, au moins deux références de disjoncteurs magnétothermiques bipolaires sont nécessaires, la première correspondant à un disjoncteur dont le calibre peut être sélectionné entre les 5 trois valeurs 15, 30 et 45 A, la deuxième correspondant à un disjoncteur dont le calibre peut être sélectionné entre les trois valeurs 30, 45 et 60 A. Pour une installation électrique triphasée, deux références de disjoncteurs magnétothermiques tétrapolaires sont généralement proposées, l'une correspondant à un disjoncteur dont le calibre peut être sélectionné entre les 10 cinq valeurs 10, 15, 20, 25 et 30 A, l'autre correspondant à un disjoncteur dont le calibre peut être sélectionné entre les quatre valeurs 30, 40, 50 et 60 A. Ce nombre de références est triplé si l'on prend en compte en outre des disjoncteurs différentiels de type G et de type S. Ainsi, pas moins de 15 douze disjoncteurs sont nécessaires pour répondre à l'ensemble des besoins. La présente invention a pour but de proposer une solution simplifiée et universelle dans laquelle un même disjoncteur, bipolaire dans le cas d'un réseau de distribution monophasé basse tension, ou tétrapolaire dans le cas d'un réseau de distribution triphasé basse tension, est capable de réaliser les 20 fonctionnalités de protection contre les surintensités prolongées, de protection contre les surcharges importantes et le courts-circuits, et de protection contre un défaut d'isolement, et ce quelque soit l'abonnement choisi par l'utilisateur abonné. Ce but est atteint selon l'invention dont l'objet est un disjoncteur de branchement d'abonné à un réseau de distribution d'énergie électrique basse tension comportant un conducteur de neutre et au moins un conducteur de phase, le disjoncteur comportant: - un unique relais électromagnétique apte à commander la coupure du conducteur de neutre et dudit au moins un conducteur de phase du réseau de distribution d'énergie électrique sous l'action d'un courant de commande; - un capteur de mesure de courant en série sur ledit au moins un conducteur de phase du réseau de distribution, apte à délivrer une mesure 10 représentative du courant de phase; - un circuit magnétique en forme de tore à l'intérieur duquel passent ledit au moins un conducteur de phase et le conducteur de neutre, ledit circuit magnétique étant apte à délivrer une mesure représentative d'un courant différentiel dans le tore, fonction des courants traversant ledit au moins un 15 conducteur de phase et le conducteur de neutre ; et - des moyens électroniques de déclenchement recevant en entrée d'une part, la mesure représentative du courant différentiel, et d'autre part, la mesure représentative du courant de phase et délivrant ledit courant de commande en fonction du courant différentiel et du courant de phase, et d'au 20 moins un premier et un deuxième paramètres de fonctionnement du disjoncteur sélectionnables manuellement. Selon certaines caractéristiques additionnelles préférées : - le premier paramètre de fonctionnement est une valeur de calibre sélectionnable manuellement dans un ensemble prédéfini de valeurs, par 25 exemple dans l'ensemble {15A-30A-45A-60A} lorsque le réseau de distribution est un monophasé, ou dans l'ensemble {10A-15A-20A-25A-30A40A-50A-60A} lorsque le réseau de distribution est un triphasé ; - le deuxième paramètre de fonctionnement est une valeur sélectionnable parmi trois valeurs, une première valeur correspond à un 30 fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type général, une deuxième valeur correspondant à un fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type sélectif, et une troisième valeur correspondant à un fonctionnement non différentiel du disjoncteur ; - le relais électromagnétique, le circuit magnétique, le ou les capteurs de courant et les moyens électroniques de déclenchement sont intégrés dans un même boîtier ; - les moyens électroniques de déclenchement comportent de 5 préférence, sur une carte électronique, un premier module d'acquisition apte à délivrer des échantillons de la mesure représentative du courant de phase, un microprocesseur recevant d'une part, lesdits échantillons, et d'autre part, le premier paramètre de fonctionnement sélectionnable manuellement, et un circuit de déclenchement apte à délivrer ledit courant de commande sous le 10 contrôle du microprocesseur. - les moyens électroniques de déclenchement comportent en outre un deuxième module d'acquisition d'échantillons de la mesure représentative du courant différentiel recevant le deuxième paramètre de fonctionnement sélectionnable manuellement, le deuxième module d'acquisition étant apte à 15 contrôler le circuit de déclenchement pour qu'il délivre ledit courant de commande. L'invention et les avantages qu'elle procure seront mieux compris au vu de la description suivante faite en référence aux figures annexées, dans 20 lesquelles : - la figure 1 illustre schématiquement les éléments composant un disjoncteur de branchement bipolaire conforme à l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement les éléments composant un disjoncteur de branchement tétrapolaire selon l'invention. 25 Dans la suite de l'exposé, les éléments communs à l'ensemble des figures portent les mêmes références. En référence à la figure 1, un disjoncteur de branchement d'abonné est schématiquement représenté pour un réseau monophasé de distribution d'énergie électrique basse tension, par exemple 230 Volts, du type comportant 30 un conducteur de neutre N et un conducteur de phase Ph. Le disjoncteur conforme à l'invention repose sur l'utilisation d'un unique relais électromagnétique 1, par exemple un solénoïde, apte à commander la coupure du neutre et de la phase Ph du réseau de distribution d'énergie électrique sous l'action d'un courant de commande Icom, comme symbolisé par la flèche F sur deux interrupteurs placés sur le conducteur de neutre et le conducteur de phase. Le disjoncteur comporte également un capteur 2 de mesure de courant en série sur le conducteur de phase Ph, apte à délivrer une mesure représentative du courant de phase Iph. Le capteur peut être un capteur de type inductif, par exemple une bobine dite de Rogowski, ou tout capteur de préférence indépendant de la température extérieure. Le disjoncteur comporte en outre un circuit magnétique 3 en forme de tore à l'intérieur duquel passent le conducteur de phase Ph et le conducteur de neutre N. Le circuit magnétique est apte à délivrer une mesure représentative du courant différentiel IDIFF du tore, fonction des courants traversant ledit au moins un conducteur de phase et le conducteur de neutre. Ce courant IDIFF est très faible, voire nul tant que les courants dans les deux conducteurs sont sensiblement égaux. En revanche, ce courant IDIFF augmente en cas de défaut d'isolement de l'installation électrique. Le disjoncteur comporte enfin des moyens 4 électroniques de déclenchement recevant en entrée d'une part, la mesure représentative du courant différentiel IDIFF, et d'autre part, la mesure représentative du courant de phase Iph. Ces moyens 4 se présentent de préférence sous la forme d'une carte électronique comprenant une alimentation 40 en tension continue apte à être reliée électriquement au réseau, un microprocesseur 41, un premier module 42a d'acquisition de la mesure représentative du courant de phase IPhf un deuxième module 42b d'acquisition de la mesure représentative du courant différentiel IDIFF et un circuit 43 de déclenchement apte à délivrer le courant de commande Icom au relais électromagnétique 1. Une batterie de secours 44, chargée en permanence par l'alimentation 40, peut être avantageusement prévue. En fonctionnement, le premier module 42a d'acquisition des données 30 reçoit les mesures représentatives du courant de phase Iph et fournit des échantillons de ces mesures au microprocesseur 41. Ce dernier reçoit également une valeur correspondant à un premier paramètre Pcal de fonctionnement du disjoncteur sélectionnable manuellement. Ce premier paramètre de fonctionnement est une valeur de calibre Pcal sélectionnable manuellement dans un ensemble prédéfini de valeurs, de préférence dans l'ensemble {15A-30A-45A-60A}. Par ailleurs, le deuxième module 42b d'acquisition des données reçoit d'une part, les mesures représentatives du courant différentiel IDIFF, et d'autre part, une valeur Pdiff correspondant à un deuxième paramètre de fonctionnement, également sélectionnable manuellement parmi trois valeurs, une première valeur correspondant à un fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type général, une deuxième valeur correspondant à un fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type sélectif, et une troisième valeur correspondant à un fonctionnement non différentiel du disjoncteur. Le microprocesseur 41 exécute des instructions logicielles lui permettant de déclencher le disjoncteur, en contrôlant le circuit 43 de déclenchement pour que ce dernier fournisse un courant de commande Icom au relais 1 dès lors que : - la mesure représentative du courant Iph est supérieure au calibre 20 sélectionné pendant une durée prédéfinie ; ou - la mesure représentative du courant Iph est supérieure à une valeur seuil traduisant un état de court-circuit. Pour ce faire, le microcontrôleur a accès à des tables de valeurs mémorisées dans le disjoncteur (non représentées) qu'il va consulter en 25 fonction du paramètre Pcal sélectionné pour pouvoir déclencher les coupures aux moments souhaités. La fonction différentielle est quant à elle directement gérée par les deuxième module 42b d'acquisition en fonction de la valeur sélectionnée pour le deuxième paramètre Pdiff. Pour le cas où la troisième valeur 30 (fonctionnement non différentiel) est sélectionnée, les mesures de courant différentiel IDIFF ne sont pas prises en compte. Dans les deux autres cas, la sortie du deuxième module 42b d'acquisition contrôle le circuit 43 de déclenchement pour que ce dernier fournisse un courant de commande Icom au relais 1 dès lors que la mesure représentative du courant IDIFF est supérieure à une valeur seuil traduisant un état de fuite (typiquement de l'ordre de 500mA). Le déclenchement est alors immédiat si le deuxième paramètre est sélectionné sur la première valeur possible (différentiel de type général) ou temporisé si le deuxième paramètre est sélectionné sur la deuxième valeur possible (différentiel de type sélectif). Grâce à l'utilisation des moyens électroniques de déclenchement, la courbe de déclenchement du disjoncteur peut être ajustée très finement de façon à obtenir le meilleur compromis entre la protection de l'installation électrique et le confort d'utilisation de l'installation. En outre, en cas d'évolution des offres d'abonnement, il suffit de modifier le disjoncteur en usine par simple mise à jour logicielle des programmes exécutés par le microprocesseur. Le relais électromagnétique 1, le circuit magnétique 3, le capteur de courant et la carte électronique 4 sont intégrés de préférence dans un même boîtier 10. Les paramètres PCaI et Pdiff peuvent être sélectionnés par l'installateur du disjoncteur grâce à des commutateurs (non représentés) accessibles de préférence seulement par l'installateur. La carte électronique peut avantageusement comporter également un circuit de secours 45 apte à suppléer au microprocesseur si ce dernier présentait un dysfonctionnement. Ce circuit de secours peut par exemple prendre la forme d'un comparateur recevant sur une première entrée la valeur de calibre sélectionné manuellement, et sur une deuxième entrée, les échantillons obtenus par le premier module d'acquisition 42a relatifs à la mesure du courant de phase Iph, et délivrant un signal de contrôle au circuit 43 de déclenchement. Ce circuit de secours permet ainsi de remplir au moins la fonction de surveillance des surintensités prolongées et de court-circuit. Il convient de noter que la fonction différentielle est quant à elle indépendante du microprocesseur de sorte qu'il est inutile de prévoir une fonction de secours. Grâce au principe de disjoncteur universel selon l'invention, on dispose ainsi d'une seule et même référence produit pour couvrir toute la gamme des offres d'abonnement pour une installation électrique monophasée (calibres, fonctionnement non différentiel, fonctionnement différentiel général et fonctionnement différentiel sélectif). Le disjoncteur peut également facilement évoluer si d'autres offres d'abonnement, typiquement d'autres valeurs de calibres, sont proposées dans le futur. La figure 2 représente schématiquement un disjoncteur conforme à la présente invention, particulièrement adapté aux installations électriques triphasées comportant trois conducteurs de phase L1, L2 et L3, et un conducteur de neutre. Ce disjoncteur est en tout point identique à celui déjà décrit en référence à la figure 1, à ceci près qu'il comporte un capteur de mesure de courant 21, 22, 23 pour chaque conducteur de phase L1, L2, L3, délivrant une mesure représentative In, 11_2, Io du courant de la phase associée. La valeur de calibre Pcal est ici sélectionnable de préférence dans l'ensemble {10A-15A-20A-25A-30A-40A-50A-60A}. Grâce à l'invention, seules deux références de disjoncteurs, l'une pour un réseau monophasé, l'autre pour un réseau triphasé sont nécessaires au lieu des douze références jusqu'ici requises pour couvrir toute la gamme des abonnements proposés par ERDF. REVENDICATIONS1. Disjoncteur de branchement d'abonné à un réseau de distribution d'énergie électrique basse tension comportant un conducteur de neutre (N) et au moins un conducteur de phase (Ph ; L1, L2, L3), le disjoncteur comportant: - un unique relais électromagnétique (1) apte à commander la coupure du conducteur de neutre et dudit au moins un conducteur de phase (Ph ; L1, L2, L3) du réseau de distribution d'énergie électrique sous l'action d'un courant de commande (Icom); - un capteur (2; 21, 22, 23) de mesure de courant en série sur ledit au moins un conducteur de phase du réseau de distribution, apte à délivrer une mesure représentative du courant de phase (Iph ; IL1, IL2, IL3) ; - un circuit magnétique (3) en forme de tore à l'intérieur duquel passent ledit au moins un conducteur de phase et le conducteur de neutre, ledit circuit magnétique étant apte à délivrer une mesure représentative d'un courant différentiel (IDIFF) dans le tore, fonction des courants traversant ledit au moins un conducteur de phase et le conducteur de neutre ; et - des moyens (4) électroniques de déclenchement recevant en entrée d'une part, la mesure représentative du courant différentiel (IDIFF), et d'autre part, la mesure représentative du courant de phase (Iph ; IL2, IL3) et délivrant ledit courant de commande (Icom) en fonction du courant différentiel et du courant de phase, et d'au moins un premier (Pcai) et un deuxième (Pdiff) paramètres de fonctionnement du disjoncteur sélectionnables manuellement. 2. Disjoncteur de branchement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier paramètre (Pcai) de fonctionnement est une valeur de calibre sélectionnable manuellement dans un ensemble prédéfini de valeurs. 3. Disjoncteur de branchement selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le réseau de distribution étant un réseau monophasé comportant un unique conducteur de phase (Ph), ladite valeur de calibre est sélectionnable dans l'ensemble {15A-30A-45A-60A}. 4. Disjoncteur de branchement selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le réseau de distribution étant un réseau triphasé comportant trois conducteurs de phase (L1, L2, L3), le disjoncteur comporte un capteur de mesure (21, 22, 23) pour chaque conducteur de phase. 5. Disjoncteur de branchement selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite valeur de calibre est sélectionnable dans l'ensemble {10A- 15A-20A-25A-30A-40A-50A-60A}. 6. Disjoncteur de branchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième paramètre (Pdiff) de fonctionnement est une valeur sélectionnable parmi trois valeurs, une première valeur correspondant à un fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type général, une deuxième valeur correspondant à un fonctionnement du disjoncteur selon un mode différentiel de type sélectif, et une troisième valeur correspondant à un fonctionnement non différentiel du disjoncteur. 7. Disjoncteur de branchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le relais électromagnétique (1), le circuit magnétique (3), le ou les capteurs (2; 21, 22, 23) de courant et les moyens (4) électroniques de déclenchement sont intégrés dans un même boîtier (10). 8. Disjoncteur de branchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le relais électromagnétique (1) est un solénoïde. 9. Disjoncteur de branchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les capteurs (2 ; 21, 22, 23) de courant sont de type inductif. 10. Disjoncteur de branchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (4) électroniques de déclenchement comportent, sur une carte électronique, un premier module (42a) d'acquisition apte à délivrer des échantillons de la mesure représentative du courant de phase (Iph; ILi, IL2, un microprocesseur (41) recevant d'une part, lesdits échantillons, et d'autre part, le premier paramètre (Pcal) de fonctionnement sélectionnable manuellement, et un circuit (43) de déclenchement apte à délivrer ledit courant de commande (Icom) sous le contrôle du microprocesseur. 11. Disjoncteur de branchement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (4) électroniques de déclenchement comportent en outre un deuxième module (42b) d'acquisition d'échantillons de la mesure représentative du courant différentiel (IDIFF) recevant le deuxième paramètre (Pdiff) de fonctionnement sélectionnable manuellement, le deuxième module (42b) d'acquisition étant apte à contrôler le circuit (43) de déclenchement pour qu'il délivre ledit courant de commande (IcoM)-