FR 2079352 A1 19711112 FR 7100843 A 19710112 71 00843 1 2079352 On considère qu'un système électrique est intrinsèquement sûr lorsque l'énergie qui peut être fournie à des appareils électriques dont certains éléments peuvent produire des effets dangereux, tels que des chocs électriques, des étincelles ou autres, 5 est limitée à une valeur de sécurité. Dans la pratique, la sécurité intrinsèque est généralement définie dans des conditions spécifiques dans -lesquelles il y a risque d'inflammation, de déflagration ou autres effets dangereux, et reflète généralement la législation et les normes imposées par les assureurs, autant que les 10 considérations strictement technologiques. La présente invention concerne principalement la sécurité intrinsèque dans son sens le plus spécifique, mais s'applique également à la sécurité intrinsèque en général. L'invention sera décrite dans le cadre d'un système élec-15 trique intrinsèquement sûr comportant une partie sûre, une barrière et une partie dangereuse comprenant chacune des éléments électriques. La partie sûre est appelée ainsi parce qu'un défaut ou une défaillance de l'un de ses éléments ne peut généralement pas 20 avoir de conséquence au-delà de ses limites. En général, seule la partie sûre peut assurer l'alimentation effective ou potentielle de la partie dangereuse en énergie électrique. La partie dangereuse est appelée ainsi parce qu'une défaillance de l'un de ses éléments crée un risque pour son environnement 25 si une telle défaillance permet à la partie dangereuse d'absorber une énergie électrique dépassant un certain niveau. En général, la partie dangereuse ne doit pas constituer ni comporter une source effective ou potentielle d'énergie électrique excessive. La barrière a pour rôle de limiter l'énergie électrique qui 30 peut passer de la partie sûre à la partie dangereuse. En général, la barrière assure également le transfert d'énergie électrique de la partie sûre à la partie dangereuse à des niveaux de sécurité. Du point de vue topographique, la partie dangereuse peut être à des kilomètres de la barrière. Cependant, du point de vue 35 fonctionnel, il existe une zone sûre se terminant à la barrière et une zorip- dangereuse commençant au-delà. La zone sûre contient des sources d'énergie électrique, telles que des secteurs alterna 71 00843 2 2079352 tifs et/ou d'autres systèmes qui sont des sources inhérentes d'énergie électrique ou peuvent le devenir, soit accidentellement par un court-circuit ou autre défaut, soit périodiquement par suite d'une commutation ou autre opération. 5 La barrière se comporte comme une source d'énergie électrique et,à .ce titre, est incluse dans la zone sûre, tout en étant en contact avec la zone dangereuse. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 829 491 du 5 Juin 1Q69 déoosee par B.L. Halienbeck décrit une barrière A —18 10 dont la probabilité de défaillance est de l'ordre de 1 x 10 D'une manière générale, la "défaillance" d'une barrière désigne un état dans lequel elle laisse passer vers la zone dangereuse une énergie électrique supérieure à un niveau prédéterminé appelé niveau de sécurité. 15 L'une des applications les plus courantes des barrières électriques est l'alimentation d'un appareil dans lequel une étincelle ou un échauffement électrique risque d'enflammer des vapeurs, des gaz, de la poussière ou autres situés au voisinage de l'appareil dans la zone dangereuse. Par contre, la partie sûre contient 20 des systèmes fournissant de l'énergie électrique à la partie dangereuse. Cependant, il n'existe aucun risque sérieux d'inflammation au voisinage de la partie sûre, c'est-à-dire dans la zone sûre. Les autres considérations de sécurité électrique sont "d'éviter l'électrocution de l'utilisateur d'un appareil et la dé-25 térioration de l'appareil électrique lui-même. Les barrières du type décrit peuvent également être utilisées à de telles fins. En général, un système d'ensemble est composé d'un certain nombre de sous-systèmes de sorte que la barrière est,en fait,un réseau de barrières individuelles dont le nombre correspond au nombre 30 total de connexions électriques autres que la masse existant entre la zone sûre et la zone dangereuse.. Les connexions de masse au système se.font dans la zone sûre et, généralement, une ligne omnibus commune de masse est montée sur le réseau de barrièresdont chacune est, comme on le verra,reliée à la masse et assur^réquemment la con-35 nexion de masse des systèmes individuels, . Une barrière, individuelle peut être une structure monolithique ayant une borne d'entrée à l'une de ses extrémités et une borne de sortie à son extrémité opposée, et une ou plusieurs bornes de BAD ORIGINAL 71 00843 2079352 3 masse. Les différentes bornes sont bien isolées les unes des autres et sont autant que possible disposées de manière que l'établissement de connexions erronées entre elles ne puisse se faire que par une action consciente et délibérée. La structure monolithique con-5 tient le circuit qui assure les fonctions de barrière électrique et qui est rendu irréparable dans toute la mesure du possible, par exemple par enrobage du circuit. En général, on prend toutes les précautions possibles contre les utilisations incorrectes et les défaillances de la barrière. 10 La barrière de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amé rique N° 82 9 491 précitée comprend trois résistances à 5 /», deux diodes Zener à 5 /«, un fusible et des accessoires constituant un dissipateur de chaleur et une structure de montage et de bornes de connexion, le tout étant enrobé et enfermé dans un boîtier. 15 La défaillance d'un seul des composants électriques d'une barrière ne peut être réparée4.ue par un remplacement de la barrière par une neuve, résultat qui est assuré d'une matière pratiquement parfaite par l'enrobage des composants électriques. Ainsi, lorsque le fusible de la barrière, qui vaut quelques centimes, saute, on 20 est contraint de mettre au rebut des résistances, des diodes et des composants dont la valeur est de plusieurs dizaines de francs. L'emploi de telles barrières entraîne donc des dépenses considérables, particulièrement dans les installations- en comprenant un grand nombre. 25 Selon une caractéristique essentielle de la présente in vention, on réduit le coût de la barrière en la remplaçant par deux barrières différentes, ou plus généralement en remplaçant n barrièregfrar (n + 1) barrières, la structure de chaque barrière individuelle étant simplifiée dans une mesure suffisante pour que, 30 même pour des valeurs de n relativement faibles, le coût initial de^n + 1 ) barrières soit inférieur au coût initial de n barrières plus complexes. De plus, en service, le coût du remplacement d'au moins n des (n + 1) barrières est inférieur à celui du remplacement de n barrières plus complexes. Pour arriver à ce résultat, la .35 fn + 1)ème barrière, appelée ci-après "barrière principale" est partagée par-les n autres barrières appelées ci-après "barrières individuelles". D'une manière élémentaire, la barrière principale comprend essentiellement une seule diode Zener reliée par un circuit 71 00343 4 2079352 OU à chacune des barrières individuelles. Chaque barrière individuelle comprend essentiellement un fusible, deux résistances,une diode Zener- et une partie du circuit OU (par exemple une diode de commutation peu coûteuse). G-râce à la présence du circuit OU, 5 la diode Zener de la barrière principale joue le rôle d'une seconde diode Zener pour chaque barrière individuelle dont le fonctionnement est identique à celui des barrières à deux diodes Zener décrites dans lg&emande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 829 491 précitée. 10 A ce point de la description, on pourra objecter que la barrière principale expose l'une des diodes Zener à d'éventuelles préparations de fortune et,qu'en outre-elle ne peut pas être partagée simultanément par toutes les barrières individuelles, la sécurité intrinsèque est donc,dans ce cas,moindre que celle qu'of— 15 fre la barrière à deux diodes Zener dont l'utilisation est approuvée par les compagnies d'assurances,sauf pour les deux types d'at-mosphère^Les plus dangereuses (c'est-à-dire l'acétylène et l'hydrogène ). La présente invention prévoit cependant d'ajouter à la bar-20 rière principale un redresseur commandé de protection qui rend le système plus sûr que les barrières connues mentionnées ci-dessus. De plus, la présente invention prévoit de modifier les barrières individuelles de façon qu'un système à barrières multiples soit d'une sécurité intrinsèque telle qu'il convienne aux atmos-25 phères les plus dangereuses (telles que l'acétylène). La modification consiste à remplacer l'une des deux résistances individuelles de la barrière par un dispositif de limitation de courant constitué par une paire de transistors auto-polarisés. Toujours selon l'invention, on utilise dans la barrière 30 principale une diode Zener dont la capacité de transport de courant est largement supérieure aux besoins» En outre, la diode est également protégée par le redresseur commandé qui dérive "le courant autour d'elle en cas de surcharge. . D'autres- caractéristiques et avantages de la présente in-35 vention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais non limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. 71 00343 5 2079352 Sur ces dessins : la figure 1 est un schéma du système de l'invention à plusieurs barrières; la figure 2 est un schéma d'une barrière individuelle mo-5 difiée pour utiliser comme résistance série des transistors à effet de champ; la figure 3 est une variante de la barrière individuelle de la figure 2, dans laquelle les transistors sont de type bipolaire ; 10 là figure 4 est un schéma d'une barrière du type décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique Nc 829 491 précitée, modifiée pour utiliser un transistor à effet de champ comme résistances séries; et la figure 5 est une autre variante de résistance série du 15 type à trar.sistor. la figure 1 représente schématiquement un système à (n + 1) barrières, comprenant n barrières individuelles et une barrière principale numérotée (n + 1 ). La figure ne représente que quatre des n barrières et les détails de circuit ne sont illustrés que 20 pour deux d'entre elles. Les références utilisées dans le schéma de la barrière n ont été prises,dans la mesure du possible,dans la figure 1 de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 829 491 précitée. Comparée à la barrière "Hallenbeck", la barrière n de l'in-25 vention possède en moins une diode Zener Z^ et une résistance . La diode Zener es" par contre reportée dans la barrière principale (n + 1) qui est reliée par un conducteur 6 à une borne externe 7 de la barrière n. Le reste du circuit- de la barrière n, qui est enrobé dans une résiné époxy ou similaire (non représentée) 30 et enfermé dans un boîtier 5, comporte une diode supplémentaire 8 reliant la borne 7 à la cathode de la diode Z^. L'anode de la diode 8 étant reliée à la cathode de la diode , le potentiel positif de cette dernière est transmis à travers la résistance directe de la diode 8 à la cathode de la diode Z^. En comparant les seuils 35 Zener des diodes Z1 et Z^ indiqués sur la figure 1, il est évident que les barrières n et (n + 1) se comportent ensemble comme la barrière Hallenbeck, c'est-à-dire que la diode Z^ se déclenche avant la diode Z^„ L'absence de la résistance est due au fait que dans la barrière Hallenbeck, son rôle principal était de per 71 00843 6 2079352 mettre un test non destructif par une mesure d'impédance aux bornes de la barrière. Cependant, comme faisait également partie de la résistance série prédéterminée de la barrière, les valeurs de et Rj ont été augmentées, comme indiqué sur la figure, pour 5 conserver la même résistance série que dans la barrière Hallenbeck. le report de Z^ dans la barrière principale éliminant la fonction d'essai de i^, cette résistance a été éliminée pour des raisons d'économies. Les autres barrières individuelles sont identiques à la 10 barrière n, comme le montre la barrière (n - 1) qui comporte également un boîtier 5 et des bornes externes 1, 2, 3, 4 et 7, cette dernière borne étant reliée au conducteur 6. De même, les deux barrières représentées en haut de la ligne ou plaque de masse G-B comportent des boîtiers 5 et des bornes 1, 2, 3, 4 et 7, ces 15 dernières étant de même reliées au conducteur 6. Les circuits contenus dans tous les boîtiers 5 sont identiques à ceux des barrières n et (n - 1) , mais ne sont pas représentés pour les deux barrières du haut, à l'exception des diodes 8. La barrière principale (n + 1), comme les barrières individuelles, est enrobée dans une 20 matière plastique et enfermée dans un boîtier représenté par un rectangle discontinu. Cette barrière ne comporte que deux bornes externes, une borne 9 par laquelle le conducteur 6 est relié à la cathode^Z^, et une borne 10 par laquelle l'anode de est reliée à la ligne de masse G-B qui peut également servir de support à-la 25 barrière (n + 1) et qui est,de préférence,reliée à la masse par des connexions redondantes représentées en bas de la figure 1. Les diodes 8 des barrières individuelles constituent un circuit OU qui fonctionne comme un sélecteur de plus haute tension. C'est-à-dire que la tension dans la cathode de sera la plus 30 élevée des tensions d'anode des diodes 8. De plus, cette tension élevée provoque une polarisation inverse des autres diodes 8 qui isolent les barrières correspondantes de la borne 9. En d'autres termes, si c'est la barrière n qui a la tension la plus élevée à l'anode de sa diode 8, et si cette tension est suffisamment élevée 35 pour déclencher Z^, la tension d'anode des autres diodes 8 pourra prendre n'importe quelle valeur, même supérieure au seuil de déclenchement de Z^, sans avoir d'effet sur le circuit, tant que la diode 8 de la barrière n a .la tension d'anode la plus élevée » 71 00843 7 2079352 En conséquence, bien que le degré de sécurité intrinsèque de l'appareil (non représenté) qui est connecté aux bornes 3 et 4 de la barrière n soit supérieur à celui qu'offre la barrière Hallenbeck, l'appareil correspondant connecté aux bornes 3 et 4 de la barrière 5 (n-1) peut avoir un degré de sécurité intrinsèque moindre (bien que cependant très élevé), du fait que c'est la barrière n qui commande la diode Z2 de la barrière principale (n + 1). La probabilité pour que les deux barrières net (n - 1) fonctionnent simultanément est cependant suffisamment faible pour être négligée. 10 En outre, le système de barrières de la figure 1 est net tement plus économique qu'un système composé de n barrières Hallenbeck. Ainsi, comme on l'a vu précédemment, la réparation d'une barrière consiste simplement à la démonter et à la remplacer par une nouvelle. La barrière fautive est généralement mise au rebut 15 parce que son fusible, qui est l'un des composants les moins chers a fondu, ce qui revient, dans le cas de la barrière Hallenbeck,à jeter trois résistances de précision et une paire triée de diodes Zener en parfait état de marche. Par contre, la barrière individuelle de la présente invention ne comporte qu'une seule diode 20 Zener et deux résistances de précision, plus une diode de commutation 8 dont le coût est bien inférieur au coût total d'une diode Zener triée et d'une résistance de précision. Bien que la barrière n, telle qu'elle a.été décrite jusqu'-icifiécessite un boîtier et des bornes supplémentaires et comporte 25 une diode Z^, son coût est partagé par un nombre de barrières individuelles pouvant aller jusqu'à 50. La diode Zener peut cependant être choisie pour améliorer certains aspects de la fiabilité et assurer des économies supplémentaires. Ainsi, comme indiqué sur la figure 1, Z^ est une diode à 50 watts. Bien qu'une telle 30 diode soit environ dix fois plus coûteuse qu'une diode Zener à faible capacité, qui remplirait aisément le même rôle, la probabilité d'une défaillance est réduite, non seulement pour Z2, mais également pour Z^ dans les barrières individuelles. En d'autres termes, on réduit ainsi la probabilité d'un remplacement de barrière 35 ppur une cause autre qu'une fusion de fusible, de même que la probabilité d'une fusion de fusible due à des défauts internes de la barrière. De plus, la capacité supérieure de la diode Zg de la bar 71 00843 8 2079352 rière principale permet d'utiliser un fusible F de plus forte capacité. Ainsi, contrairement à la barrière Hallenbeck qui utilisait un fusible d'1/8 d'ampère à coupure rapide, les barrières individuelles de l'invention utilisent un fusible d' 1 ampère à coupure 5 rapide. Ceci permet d'éviter que le fusible saute pendant les surtensions transitoire§4ue l'effet Zener des barrières est capable de supprimer. Enfin, le fusible E pouvant laisser passer des surintensités lentes relativement importantes, on choisit pour une résistance 10 bobinée de 2 watts qui fonctionne comme un fusible à action lente. Ainsi,/surintensité lente de 1 ampère, qui ne déclenche pas le fusible rapide E, coupe cependant le bobinage de R^ qui fond rapidement lorsqu'on lui demande de dissiper 25 watts. Comme représenté, le circuit de la barrière principale 15 comprend un thyristor au silicium 11, une résistance de 1 000 ohms .12 et une diode Zener 13 de 39 volts, 1/2 watt, dont l'anode est reliée à la gâchette du thyristor par l'intermédiaire de la résistance 12. La cathode de la diode 13 étant reliée à l'anode du thyristor 11 et à la cathode de et la cathode du thyristor 20 11 étant reliée à l'anode de Z^, il est évident qu'une augmentation suffisante du potentiel de la borne 9 provoque l'ouverture du thyristor et dérive le courant autour de la diode Z2» Ce circuit est destiné à protéger Z^. Normalement, le thyristor 11 ne se déclenche que lorsque le potentiel de la borne 1 25 d'une barrière individuelle devient suffisamment élevé pour .déclencher initialement Z^, puis Z^ au lieu de Z^jpuis enfin Z^» sans que le fusible E ou la résistance R^ ne fondent. A ce point, Z^ et Z^ sont toutes deux soumises à une surintensité telle que les différences de potentiel qui se développent à leursborne s 30 deviennent largement supérieures à leurpensions nominales de déclenchement. Cette élévation de potentiel est une mesure du courant qui traverse Z2 et le thyristor 11 est destiné à shunter la diode Z2 lorsque l'élévation de tension est provoquée par un courant d'effet Zener approchant du niveau de détérioration de la diode. 35 SI le potentiel du point 9 arrive à ce niveau, la diode 13 déclenche le thyristor 11. Le déclenchement du thyristor 11 ayant pratiquement pour effet de mettre à la masse la cathode Z2 à travers la résistan 71 00843 9 2079352 ce relativement faible du circuit anode-cathode du thyristor conducteur, (et également ) revient à son état non conducteur. Lorsqu'il a été déclenché, le thyristor 11 continue à conduire jusqu'à la suppression du courant qui le traverse. 5 En pratique, le thyristor 11 cesse de conduire lorsque le fusible F ou la résistance saute. Le thyristor 11 peut évidemment avoir une capacité de conduction beaucoup plus importante que tout autre élément du circuit de lgfoarrière. Etant donné que le mode normal de fonctionnement du thyristor est la conduction dé-10 clenchée, il ne risque pas d'être endommagé comme les diodes Zener qui ne sont normalement jamais amorcées, sauf pendant le court instant que dure la coupure du fusible. Dans sa forme décrite jusqu'ici, le réseau barrière de la figure 1 est caractérisé par un prix de revient généralement moin-15 dre et un coût d'entretien plus faible qu'un réseau correspondant de barrière Hallenbeck. En effet, les barrières individuelles de l'invention contiennent moins de composants sujets à des défaillances et il est évident que ce fait réduit la probabilité de défauts imputables aux composants. En outre, comparée à son équivalent 20 dans la barrière Hallenbeck, la diode Zener Z^ de la barrière (n + 1 ) est pratiquement à l'abri des défauts. Enfin, le choix d'un fusible moins sensible que cclui des barrières Hallenbeck permet de réduire la fréquence de remplacement- des barrières individuelles qui sont,de plus.beaucoup moins coûteuses. 25 Dans la mesure où l'énergie distribuée reste à un niveau de sécurité, les barrières BAR se comportent comme de simples connecteurs continus faisant- partie d'une ligne de transmission qui relie les composants sûrs CS aux composants dangereux CD d'un système intrinsèquement sûr. Sur la figure 1, les composants 30 sûrs CS sont représentés schématiquement comme des sources alternatives ou continues et les composants dangereux CD sont représentés comme des résistances connectées aux extrémités de lignes de transmission plus ou moins longues. Le rôle normal des lignes de transmission est de relier les sources continues aux résistances 35 -de charge correspondantes. Les sources alternatives, représentant par exemple des secteurs alternatifs, constituent simplement des 71 00843 10 2079352 moyens de commuter une énergie électrique (alternative ou continue) dans les lignes de transmission, à des niveaux supérieurs au niveau de sécurité, et en général accidentellement. Les interrupteurs représentés sur -la figure ne sont évidemment pas 5 nécessairement des interrupteurs classiques, mais représentent plutôt un risque d'application d'un courant alternatif à la ligne par un moyen quelconque. La nature de l'appareil qui délimite pratiquement la zone sûre ZS et la zone dangereuse ZD est sans importance, car, du point de vue fonctionnel, tous leurs composants 10 se réduisent à des sources d'énergie et à des charges alimentées par ces sources. Le degré de sécurité intrinsèque fournie par les barrières de la figure 1 peut être accru en remplaçant toutes les résistances Rj par l'un ou l'autre des montages à transistors des figures 15 2 et 3. Une-telle modification augmente évidemment le prix de revient de l'ensemble, mais accroît la sécurité intrinsèque largement au-delà de celle de la barrière Hallenbeck qui est utilisable dans toutes les atmosphères, sauf en présence d'acétylène et d'hydrogène. Les modifications des figures 2 et 3 donnent au 20 système à barrières multiples un degré de sécurité intrinsèque suffisant pour l'utilisation en atmosphère d'acétylène, d'hydrogène ou équivalent. Dans le système de la figure 1, la résistance est remplacée par des transistors à effet de champ 14 et 15. La 25 source du transistor 14 est reliée au drain du transistor 15 par une résistance 16. La source du transistor 15 .est reliée à la borne 3 par une résistance 17. Le drain du transistor 14 est relié à l'anode de la diode 8 et à la cathode de la diode Z^. Les résistances 16 et 17 assurent la polarisation automa-30 tique des deux transistors ,1e transistor 14 recevant sur sa grille le potentiel du drain du transistor 15 et le transistor 15 recevant sur sa grille le-potentiel de la borne 3. Les résistances 16 et 17 sont choisies de telle manière que pour la valeur maximale normalement.attendue du courant drain-source, la résistance source-35 drain de chaque transistor ne dépasse pas environ la moitié de R^, ou que, la somme des résistances source-drain soit à tout moment égale à L, En même temps, le courant drain-source doit 71 00843 n 2079352 polariser les transistors juste au-dessus de leurs seuils de striction ou pincement du can^l. Des courants plus intenses provoquent donc la striction de l'un ou des deux transistors à effet de champ. Ceci a pour effet de limiter le courant à une 5 valeur légèrement supérieure à la normale, jusqu'à ce qu'il devienne suffisamment intense pour provoquer un effet d'avalanche dans l'un des transistors. Cependant, initialement, un seul des transistors subit la striction, l'autre ayant une conduction pratiquement libre. Si le transistor bloqué entre en avalanche, 10 le courant d'avalanche est limité dans le second transistor, jusqu'à ce qu'il entre à son tour en avalanche. Cependant, la probabilité d'une avalanche des deux transistors est sensiblement nulle, même comparée à la probabilité pour que le système de barrière n'assure pas le degré de sécurité intrinsèque désiré. 15 Les valeurs des résistances 16 et 17 dépendent de para mètres tels que les courants nominaux des transistors à effet de champ. Ainsi, les transistors du type 2N3971 ont chacun une résistance maximum drain-source de l'ordre de 60 ohms ou moins lorsqu'ils fonctionnent dans la région de striction, c'est-à-dire 20 lorsqu'ils fonctionnenV'en triode". De plus, cette valeur de la résistance drain-source est obtenue pour une auto-polarisation nulle, ce qui signifie que les résistances 16 et 17 ont des valeurs nulles, c'est-à-dire que la grille et la source du transistor 14 sont directement reliées l'une à l'autre et au drain 25 du transistor 15, tandis que la source et la grille de ce dernier sont directement reliées l'une à l'autre et à la borne 3. Cependantt pour un certain courant drain-source compris dans la plage 25-75 milliampères, l'un des transistors 2N3971 limite le courant par effet de striction, avec les conséquences 30 indiquées précédemment. La figure 3 représente un montage équivalent à celui de la figure 2, mais réalisé en transistors bipolaires. Dans ce cas, le transistor à effet de champ 14 est remplacé par le transistor NPN 18 qui est polarisé par une résistance de base 19 et une 35 .résistance d'émetteur 20. Le transistor à effet de champ 15 est remplacé par le transistor KPN 21 qui est polarisé par une résistance d'émetteur 23 et une résistance de base 22. Des diodes Zener 71 00843 2079352 24 et 25 interconnectent les bases des transistors pour la polarisation automatique et autorisent également une circulation bidirectionnelle du courant. Un transistor HPÏT convenant pour le montage de la figure 3 5 est le type 2ÎT3053. Dans le montage de la figure 2, on peut également utiliser des transistors à effet de champ.types 2N4091 et 2N4977 nécessitant tous deux des résistances 16 et 17 non nulles. Dans de telles applications, on peut utiliser d'une manière générale des transistors pour lesquels le total des résistances de 10 polarisation et des résistances drain-sourcç/(ou émetteur-collecteur) s'additionne pour rétablir la valeur de On peut évidemment n'utiliser qu'un seul transistor ; cependant, les deux transistors décrits assurent une redondance de la valeur de sécurité. Par exemple, le mode de défaillance le 15 plus fréquent dans un transistor à effet de champ (ou dans un transistor bipolaire) est l'apparition d'urjbourt-circuit entre drain et source (ou collecteur et émetteur) de sorte que chaque transistor assure automatiquement le remplacement de son voisin si celui-ci est court-circuité. 20 les valeurs de composants des figures 2 et 3 ont été choisies dans le but d'éliminer la résistance séparée R^ de la barrière Hallenbeck. l'invention prévoit également de remplacer uniquement la résistance R^ de la barrière Hallenbeck soit par ùn transistor unique, soit par une paire de transistors. On se 25 rappelle que dans un tel circuit, chaque barrière a sa propre diode Zener Z^, mais le remplacement de R^ par un seul transistor abaisserait quelque peu le degré de sécurité intrinsèque assuré par les deux diodes Z.ener et le fusible du circuit. Par contre, le remplacement de R^ par un circuit à deux transistors augmente 30 sensiblement le degré de sécurité intrinsèque de la barrière Hallenbeck. La figure 4 représente une résistance à un seul transistor pour le circuit Hallenbeck. Comme on le voit, R^ a été remplacée par un transistor à effet de champ 26 et sa résistance d'auto-35 polarisation 27. Le transistor peut être du type 2N3971, 4091, 4392 et 4977, donnant une plage de résistances R^ d'environ 15 à 60 ohms au maximum, pour une plage de résistances de polarisation 71 00843 13 2079352 de 0 à 45 ohms. La figure 5 représente une variante de à un seul transistor bipolaire 29 qui peut être utiliséo&ans les circuits des figures 2, 3 et 4. Dans ce cas, la polarisation automatique est 5 assurée par des résistances 30 et 31 et une diode 32, une autre diode 33 permettant le passage du courant dans les deux sens. Les paramètres des composants peuvent être les mêmes que dans le cas de la figure 3, sauf que les diodes Zener sont remplacées par des diodes ordinaires 1N458. 10 L'emploi de résistances à transistor§kméliorent le facteur de sécurité inhérent grâce à leurs propriétés de régulation ou de limitation du courant. Les résistances ordinaires ne possèdent généralement pas cette propriété, à moins d'avoir un coefficient de température positif très important (mais, même dans ce cas, 15 la réponse aux variations de courant est trop lente pour être utilisable dans les barrières pour limiter le courant). Le fait que ce facteur de sécurité nécessite actuellement une certaine redondance pour tenir compte de la tendance des transistors actuels à entrer en court-circuit, plutôt qu'à tomber 20 en panne en circuit ouvert, ne doit pas être considéré comme restrictif. Il entre parfaitement dans l'esprit de l'invention d'utiliser un transistor dont les défaillances provoquent l'ouverture du circuit, si un tel composant est ou devient disponible, pour éliminer le second transistor sans diminution de la sécurité de 25 l'ensemble. Les barrières illustrées sont dqAiype positif, c'est-à-dire qu'elles jouent leur rôle de barrières limitatrices pour les bornes I qui sont positives par rapport à la masse. (Pour des bornes 1 négatives par rapport à la masse, elles se comporteraient comme 30 des court-circuits, ce qui est un autre facteur de sécurité). II existe cependant des versions négatives de telles barrièreso On peut,par exemple,inverser toutes les diodes des figures 1, 2 et 3, remplacer les transistors à effet de champ à canal N de la figure 2 par des transistors à canal P et remplacer les transis-35" tors NPF de la figure 2 par des transistors PKP. De telles bar- . rières rempliraient leurs fonctions pour des bornes 1 négatives par rapport à la masse (et se comporteraient comme des court- 71 00843 14 2079352 circuits pour des bornes 1 devenant positives). Dans le système de barrière de la figure 1, n peut être compris entre environ 10 et 50, bien que ces chiffres ne soient pas des limites strictes. Plus n est grand, plus l'économie est grande, 5 mais plus la probabilité augmentq/frour qu'il existe%n instant donné plus d'une barrière individuelle ayant à sa borne 7 un potentiel-suffisant pour déclencher Z^. On aura remarqué que la sécurité intrinsèque est basée sur une redondance considérable. Ainsi, le déclenchement de Z2 par la barrière n aboutirait en quelques 10 millisecondes à la coupure du fusible de cette barrière. En même temps, dans les autres barrières, est capable de faire sauter les fusibles correspondants pendant la même période de quelques millisecondes. Indépendamment de ces effets, le fusible F et assurent une protection rapide et lente et, en dernier ressort, 15 le thyristor 11 est capable de court-circuiter une barrière. Les composants ^sûrs CS du système sont évidemment reliés aux bornes 1 et 2,alors4ue les composants dangereux sont reliés aux bornes 3 et 4. Les bornes 2 et 4 sont généralement les bornes de masse. Bien que le système décrit suggère que chaque composant 20 dangereux ne comporte qu'une borne de masse et une borne recevant un autre potentiel, il va de soi que certains dispositifs peuvent ne pas être référencés à la masse ou être "flottants" (c'est-à-dire avoir plusieurs bornes à un potentiel autre que la masse), auquel cas il y aurait autant de barrières individuelles que . 25 le dispositif comporte de bornes "flottantes", le.s bornes 2, 4 de chaque barrière étant reliées au commun du circuit qui peut être ou ne pas être à la masse. Les paramètres particuliers du circuit de la barrière dépendent des paramètres de tension et d'intensité des systèmes 30 à courant continu qui sont actuellement très employés. Plus précisément, le but de la barrière est de limiter la tension entre les bornes 3 et 4 à environ 30 volts lorsque la ligne est terminée par une charge effective qui est capable de dissiper en toute sécurité jusqu'à environ 250 milliampères, mais qui 35 consomme normalement beaucoup moins, et qui peut tolérer une résistance de l'ordre de 150 ohms de la barrière,en plus des résistances en ligne et de la résistance vue de la barri ère aux 71 00843 15 2079352 bornes 1 et 2. Ces paramètres propres au système et à ses composants sont évidemment variables„ Il existe ainsi des systèmes à plus haute tension dans lesquels les diodes Zener sont remplacées par des 5 tubes à gaz à cathode froide, des interrupteurs mécaniques, etc. En général, les diodes Zener peuvent être remplacées par n'importe quel dispositif qui possède une caractéristique de décharge semblable, ainsi qu'une capacité de transport de courant et une tension de décharge convenable, par exemple des diodes tunnel. 10 II va de soi que l'invention a été décrite à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toutes variantes sans sortir de son cadre. 71 00843 2079352 REVENDICATIONS 1. Système de barrières intrinsèquement sûr, caractérisé en ce qu'il comprend des barrières individuelles transmettant une énergie électrique, un sélecteur d'énergie électrique relié 5 auxdites barrières individuelles pour choisir celle qui transmet l'énergie électrique la plus importante, et une barrière principale reliée au sélecteur pour recevoir de ce dernier ladite énergie électrique la plus importante, la barrière principale étant capable d'empêcher la transmission d'énergie élec-10 trique par la barrière individuelle à laquelle elle est reliée,, lorsque ladite énergie électrique la plus importante dépasse un niveau prédéterminé. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières individuelles sont sensibles à la tension pour 15 limiter l'énergie électrique qu'elles transmettent, le sélecteur étant sensible à une tension pour relier l'une des barrières individuelles à la barrière principale et cette dernière limitant l'énergie transmise par ladite barrière individuelle en fonction de la tension. 20 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barrières individuelles font partie de boucles fermées dans lesquelles circule un courant électrique transmis par les barrières individuelles, ces dernières étant capables de dériver le courant électrique des boucles correspondantes, la barrière 25 principale étant sensible à la tension qui lui est appliquée pour dériver le courant de l'une des boucles dont fait partie la barrière individuelle qui transmet l'énergie la plus importante. 4. Système de barrières intrinsèquement sûr, caractérisé en ce qu'il comprend une première, une seconde et une troisième 30 barrières ayant chacune une entrée et une sortie et un sélecteur de plus haute tension à plusieurs entrées et une sortie, la sor-tie de la première barrière étant reliée à l'une des entrées du sélecteur, la sortie de la seconde barrière étant reliée à une autre entrée du sélecteur et l'entrée de la troisième barrière 35 étant reliée à la sortie du sélecteur, la première et la seconde barrières ayant chacune la propriété de transmettre un courant de leur entrée à leur sortie en limitant sa tension et son intensité, 71 00843 17 2079352 le sélecteur ayant la propriété de fournir à sa sortie celui des courants de sortie des première et seconde barrières qui a la tension la plus élevée, la troisième barrière ayant la propriété de transmettre un courant de son entrée à sa sortie si, et seulement 5 si, sa tension d'entrée atteint une valeur donnée. 5. Système selon la revendication 4. caractérisé en ce qu'au moins l'une des première et seconde barrières comporte un élément à résistance variable avec l'intensité qui est connecté entre son entrée et sa sortie pour conduire le courant correspondant, 10 l'élément à résistance variable limitant l'intensité du courant transmis. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément à résistance variable comprend la résistance inter-élec-trode d'un ou plusieurs transistors, par exemple bipolaires ou à 15 effet de champ. 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément à résistance variable comprend la résistance émetteur-collecteur d'un transistor bipolaire auto-polarisé ou la résistance source-drain d'un transistor à effet de champ auto-polarisé. 20 8. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément à résistance variable comprend en série les résistances inter-électrode de deux transistors bipolaires ou à effet de champ. 9. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, des circuits connectés aux sorties des première 25 et seconde barrières et constituant des charges pour les courants qu'elles transmettent, lesdites charges et la sortie de la troisième barrière étant reliées à une borne commune, le système comprenant, en outre, d'autres circuits connectés entre la borne commune et lesdites entrées des première et seconde barrières pour fournir 30 l'énergie électrique des courants circulant dans les barrières. 10. Système de barrières intrinsèquement sûr, caractérisé en ce qu'il comprend une première, une seconde et une troisième diodes Zener, une première et une seconde résistance, la première résistance étant reliée à une première électrode de la première 35 diode Zener, la seconde résistance étant reliée à une première électrode de la seconde diode Zener, un sélecteur de plus haute tension ayant une première et une seconde entrées et une sortie 71 00843 18 2079352 sur laquelle apparaît la plus haute des deux tensions simultanément appliquées à ses entrées, la première entrée étant reliée à la première électrode et la première diode Zener, la seconde entrée étant reliée à la première électrode de la seconde diode 5 Zener et la sortie étant reliée à la- première électrode de la troisième diode Zener, les premières électrodes étant toutes de même polarité et le seuil Zener de la troisième -diode étant inférieur à ceux des deux premières diodes. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce 10 qu'il comprend, en outre, une quatrième diode Zener et un thyristor au silicium, une première électrode de la quatrième diode Zener étant reliée à la première électrode de la troisième diode Zener, de même qu'une première électrode du thyristor dont la seconde électrode est reliée à la seconde électrode de la quatrième diode 15 Zener, la troisième électrode du thyristor étant reliée à la seconde électrode de la troisième diode Zener, la seconde électrode du thyristor étant sa gâchette, la première électrode de la quatrième diode Zener et la troisième électrode du thyristor étant - de même polarité que la première électrode de la troisième diode 20 Zener, le seuil Zener de la quatrième diode étant plus élevé que ceux des première et seconde diodes Zener. 12. Système selon la revendication 10 ou la revendication 11 , caractérisé en ce que la première et la seconde résistances comprennent chacune un fusible. 25 13. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un ou deux transistors triodes, ayant chacun leur circuit d'auto-polarisation pour présenter une caractéristique de résistance variable en fonction du courant entre deux de leurs électrodes, lésdites résistances variables étant reliées en série pour 30 former un limiteur de. courant constituant une troisième résistance reliée à la première électrode de la première diode Zener. 14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'au moins l'un des transistors est du type bipolaire et ne présente sa caractéristique de résistance variable que dans un sens, 35 une diode le shuntant pour le passage du courant dans le sens opposé. 15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce 71 00843 2079352 qu'il comprend un transistor à effet de champ dont la grille et la source sont reliées par un circuit d'auto-polarisation de façon que sa résistance drain-source soit déterminée par le courant qui circule et par l'auto-polarisation, ladite résistance drain-source 5 étant reliée à la première électrode de la première diode Zener pour constituer une troisième résistance. 16. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend deux transistors à effet de champ, la source du premier étant reliée au drain du second, le drain du premier ou la 10 source du second étant relié à la première électrode de la première diode Zener pour constituer une troisième résistance formée de la combinaison en série des résistances .drain-source des transistors à effet de champ, la grille et la source du premier transistor étant reliées par un premier circuit d'auto-polarisation de manière que 15 sa résistance drain-source soit déterminée par le courant qui circule et par ladite première auto-polarisation, la grille et la source du second transistor à effet de champ étant reliées par un second circuit d'auto-polarisation de manière que sa résistance drain-source soit déterminée par le courant qui y circule et par ladite 20 seconde auto-polarisation. 17. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la première résistance et la première diode Zener sont incorporées dans une structure monolithique de façon que seules l'extrémité libre de la première résistance et la seconde électrode de la pre- 25 mière diode Zener soient accessibles de l'extérieur de la structure, la seconde résistance et la seconde diode Zener étant incorporées dans une structure monolithique de façon que seules l'extrémité libre de la seconde résistance et la seconde électrode de la seconde diode Zener soient accessibles de l'extérieur de la seconde 30 structure, la troisième diode Zener étant incorporée dans une structure distincte des deux premières. 18. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le sélecteur de plus haute tension comprend essentiellement une diode ordinaire reliant la première électrode de la première 35 diode Zener à la troisième diode Zener et une diode ordinaire reliant la première électrode de la seconde diode Zener à la troisième diode Zener, les deux diodes étant polarisées de manière à former un 71 00843 20 2079352 circuit OU par rapport aux tensions de chacune des premières électrodes des première et seconde diodes Zener, la première diode ordinaire étant incorporée dans la structure monolithique de la première diode Zener et la seconde diode ordinaire étant incorpo-5 rée dans la structure monolithique de la seconde diode Zener. 19. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première structure monolithique comprend une troisième résistance et la seconde structure monolithique comprend une quatrième résistance, l'une des extrémités de la troisième résistance étant 10 reliée à la première électrode de la première diode Zener, l'une des extrémités de la quatrième résistance étant reliée à la première électrode de la seconde diode Zener, les autres extrémités des troisième et quatrième résistances étant seules accessibles de l'extérieur des première et seconde structures monolithiques. 15 20. Système de barrières intrinsèquement sûr, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde bornes et un circuit de liaison, une première et une seconde résistances de limitation de courant et une impédance-shunt normalement non-conductrice, une première extrémité de la première résistance étant reliée à la 20 première borne, une première extrémité de la seconde résistance étant reliée à la seconde borne et une première extrémité de l'impédance étant reliée au circuit de liaison, les autres extrémités des résistances et de l'impédance étant reliées les unes aux autres, la première résistance faisant fonction de fusible pour un courant 25 d'intensité donnée, la seconde résistance étant destinée à limiter le courant à une seconde intensité donnée différente de la première, l'impédance devenant conductrice lorsque sa seconde extrémité atteint un potentiel correspondant à la première intensité donnée du courant. 30 21. Barrière selon la revendication 20, caractérisée en ce que la première et/ou la seconde résistance est formée de deux résistances en série, une seconde impédance normalement non-conductrice ei^éemblable à la première étant connectée entre le moyen de liaison et le point de jonction desdites deux résistances. 35 22. Barrière selon la revendication 20, caractérisée en ce que la seconde résistance comprend un transistor triode, par exemple un transistor à effet de champ ou bipolaire, auto-polarisé de manière 71 00843 21 2079352 que sa résistance inter-électrode}c'est-à-dire, selon le cas, sa résistance source-drain ou sa résistance émetteur-collecteur, constitue au moins une partie de la seconde résistance.