EP0524300A1 - Dispositif de protection pour appareils, machines et installations electriques - Google Patents

Dispositif de protection pour appareils, machines et installations electriques

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Publication number
EP0524300A1
EP0524300A1 EP92905885A EP92905885A EP0524300A1 EP 0524300 A1 EP0524300 A1 EP 0524300A1 EP 92905885 A EP92905885 A EP 92905885A EP 92905885 A EP92905885 A EP 92905885A EP 0524300 A1 EP0524300 A1 EP 0524300A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
lines
isolation
processor
transformer
point
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP92905885A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Henri Parrier
Jean Parrier
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Original Assignee
Individual
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Publication of EP0524300A1 publication Critical patent/EP0524300A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/16—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass
    • H02H3/162—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass for ac systems
    • H02H3/165—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to fault current to earth, frame or mass for ac systems for three-phase systems

Definitions

  • the present invention relates to a protective device for electrical apparatus, machines and installations, this device protecting electric lines known as "users”, connected to power supply lines electric.
  • the present invention applies to the safety of complete electrical installations. dwellings, the protection of electronic or computer systems against overvoltages, the safety of users of electrical machines or appliances in industry or in any other field of activity.
  • the present invention claims to remedy these drawbacks by using a connection of all the lines to be protected between them so as to create a potential line of a determined and constant value during the normal operation of the installation to be protected, by detecting a variation in this potential relative to neutral and by the automatic and rapid cut-off of the supply to the lines to be protected as soon as a variation of said potential is detected.
  • the device which is the subject of the present invention is therefore a protection device for electrical apparatus, machines and installations comprising user power lines to be protected, connected to electrical supply lines, characterized in that it comprises in combination: at least one resistance bridge connecting the user power lines and creating a fixed potential at one of its points, fixed during normal operation of the installation; an isolation means connected to this point and amplifying the potential difference between this point and an earth or neutral line; a threshold circuit connected to the output of this isolation means; a processor connected to the output of this threshold circuit; and a means of connection and disconnection of the supply lines with respect to the user power lines to be protected controlled by said processor, so that an abnormal variation of voltage on one of the power lines causes a variation of the potential at the aforementioned point, this variation being detected by the threshold circuit, which transmits it to the processor, which then causes the disconnection of the power supply lines from the user power lines.
  • the operation of the device can be controlled by a digital circuit adding additional functions, and the trigger threshold can be adjustable.
  • the protection can be carried out partially on certain parts of an electrical installation.
  • the restarting of the installation by reconnecting the lines cut with the power supplies, can be ordered by the device within a variable memorized delay according to the number of line breaks already made.
  • One of the advantages of the device according to the present invention resides in that several networks or a multitude of lines can be monitored simultaneously by an electronic circuit or detection "card" and that the digital circuit is adapted to control several detection cards simultaneously. Consequently, whatever the number of transformers, inverters or power supplies of an electrical installation, each of its lines can be monitored by the device which is the subject of the present invention. Conversely, each line can be monitored individually and in parallel with all the others.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the protection device according to the invention
  • FIG. 2 shows an electronic diagram of a detection card incorporated in the device of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a flowchart of operation of this same device
  • FIG. 4 shows the connection of the device of Figure 1 to an electrical distribution network
  • FIG. 5 shows an electronic diagram of a detection card having the same functions as the card of Figure 2 and constituting a variant.
  • power lines 1 of a user installation connected to external power supply lines 2, a ground or neutral line 3, a resistance bridge 4 connecting all the lines 1, a determined potential point 5 of the bridge 4, an isolation and amplification means 6 connected to the point 5 and to the earth or neutral line 3, a threshold circuit 7 connected to the output of the means isolation and amplification 6, a means of connection and disconnection 8 of the supply lines 2, relative to the user lines 1, connected on the one hand to the threshold circuit 7 and on the other hand to a processor 9 itself connected to a memory 10, to an interface 11 and to the threshold circuit 7.
  • the resistance bridge 4, the potential point 5, the isolation means 6, the threshold circuit 7 and the connection means and disconnection 8 together constitute a detection card generally designated by 12.
  • the supply lines 2 and the earth or neutral line 3 are generally lines of the supply sector, in particular of a three-phase alternating network or of a single-phase network.
  • the potential point 5 is connected by the branches of the resistance bridge 4 to the lines 1 in a barycenter manner, so that its potential has a determined and fixed value, and is in particular zero, when the lines 1 carry normal potentials.
  • the isolation means 6 may for example consist of a toroidal transformer, as shown in FIG. 2, or of an operational amplifier as shown in FIG. 5. This isolation means 6 amplifies the potential difference between point 5 and the earth or neutral line 3.
  • the threshold circuit 7 transmits a signal when the potential difference at the output of the isolation means 6, itself an image of the potential difference between the point 5 and the earth or neutral line 3, is greater than a predetermined value.
  • connection and disconnection means 8 may consist of relays, electromagnetic or static contactors or other electro-mechanical devices. It connects or disconnects the supply lines 2 with the user power lines 1.
  • the processor 9 can be a computer, a microcontroller, a computer or any other computer means. It has an interface 11 allowing a dialogue between the user and the device.
  • the processor 9 is programmed according to a program kept in a memory 10 to control the operation of the elements of the device.
  • the interface 11 allows the connection of a display means and a keyboard. It also allows the connection of the device with a computer system or with recording means making it possible to transfer the information contained in the memory 10. This information can in particular relate to incidents occurring on the supply lines 2.
  • the exceeding of the predetermined threshold by the signal leaving the isolation and amplification means 6 triggers the disconnection of the user lines 1 from the supply lines 2.
  • the processor 9 orders the reconnection of the lines 1 and 2 after a delay memorized in the memory 10 and chosen by the user. In this way, an abnormal variation of voltage on one of the power lines using 1 causes a variation of the normally fixed potential of point 5, this variation being detected by the threshold circuit 7 which transmits it to the processor 9, which orders by means 8 disconnection of user lines 1 from supply lines 2.
  • FIG. 2 we see an embodiment of the detection card 12. For a better understanding of the invention two networks are represented here, namely a single-phase network 13 and a three-phase network 14. A advantages of the invention is in fact that several different types of network can be protected simultaneously by the same detection card 12.
  • the networks 13 and 14 each include power supply lines 2 and user power lines 1 separated by a relay 20.
  • the user lines 1 of the three-phase network 14 are connected to a connector 15, also connected to earth 16 and to a toroid 51 by supply lines 17 and 18, as well as to an isolation transformer 50.
  • the resistance bridge 4 is thus directly connected to lines 1 of the three-phase network 14, leaving a three-phase isolation transformer 50 'itself connected to the supply lines 2, while the isolation transformer 50 is inserted between the bridge 4 and the lines 1 of the single-phase network 13.
  • the transformer 51 is a toroid placed around the two lines 1 of the single-phase network 13, with earth neutral.
  • the resistance bridge 4 connects all the lines 1 to a primary 21 of a toroidal transformer 23 voltage booster, used as an amplifier.
  • the secondary 22 of this transformer 23 is connected to a rectifier circuit 24.
  • the output signal from the rectifier circuit 24 as well as a potential value fixed by a potentiometer 25 are brought to an opto-coupler 26 itself connected to a flip-flop 27.
  • the output of the flip-flop 27 is connected by an optocoupler 28 to an amplifier 29 connected to a contactor 52.
  • a connector 30 is adapted to connect the processor 9 to the detection card 12 so that the processor 9 controls the flip-flop 27 and the relays 20, and perceives the position of the contactor 52.
  • the transformer 23 and the optocouplers 26 and 28 serve to isolate the different functions of the detection card 12, the transformer 23 amplifying the signal supplied by the bridge 4. An imbalance in this bridge 4 causes the appearance of 'a current flowing in point 5 and a potential across the secondary 22 of the transformer 23. This potential difference is rectified by the circuit 24 and according to the value of a threshold fixed by the potentiometer 25, the flip-flop 27 changes status and causes relays 20 to open via contactor 52.
  • the isolation and amplification means 6 is constituted here by the transformer 23.
  • the threshold circuit 7 is constituted by the rectifier circuit 24 and the potentiometer 25, and the connection means and disconnection 8 by the flip-flop 27 associated with the contactor 52 and the relays 20.
  • the primary 21 of the transformer 23 must be adapted to operate from 1 to 2 milliamps. In this way, any insulation fault of one of the lines 1 with respect to the earth 16 is detected and causes the disconnection of the lines 1 with respect to the lines 2.
  • the single-phase isolation transformer 50 makes it possible to detect the overvoltages appearing on the lines 1 and then to trigger the electrical disconnection of the lines 1 from the lines 2.
  • the neutral of the primary of the transformer 50 is connected (by a conductor not shown) to the supply line 17 also connected to the transformer 51; thus there is a reference loop allowing operation of the device even if the earth connection does not exist on the side of the user installation, hence additional security.
  • the torus 51 makes it possible to detect the insulation faults of the lines 1 with respect to the earth: indeed an insulation fault between a line 1 and earth 16 causes an overvoltage between the supply lines 17 and 18 of the toroid 51, an overvoltage which is detected by the threshold circuit 7.
  • the torus 51 can be specially adapted to give a sensitivity of two milliamps to the device. For example, these two milliamps can, at the output of the torus 51, correspond to thirty millivolts. Such a trigger threshold provides excellent protection for people without risking tripping due to interference on the network.
  • Another advantage of this embodiment is that the short-term parasites appearing on the lines 1 do not cause. no disconnection, the energy corresponding to these parasites being insufficient to trigger the operation of the opto-coupler 26.
  • FIG. 3 there is seen an operating flow diagram of the device according to the invention.
  • This flow chart makes it possible in particular to specify the programming of the processor 9 and the means making it possible to produce variants of the embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2.
  • the detection means 12 consists of one of the cards shown in Figures 2 or 5, the second card is however preferential (see description below).
  • the autonomous power source 32 is constituted by a battery, an inverter or other generating means.
  • the fault analyzer 33 analyzes in particular on the lines 1 the overvoltages, the carrier currents, the parasites, the micro-cuts, the voltage or frequency variations. These data are memorized, displayed or signaled according to their importance or their repetition.
  • connection _. ⁇ of the autonomous power supply 32 and the joint disconnection of the sector 31 are for example ordered when a micro-cutoff lasts more than a second.
  • a reconnection signal 36 or 38 is given, after a disconnection, within a waiting time memorized by programming.
  • this delay can be variable depending on the information previously stored. For example, after ten reconnections made within a certain period, the period between disconnection and reconnection can be extended to protect the electrical systems connected to lines 1.
  • detection cards 12 each connected to a given electrical system, can be connected to a single fault analyzer 33.
  • the fault analyzer then stores an identification of the detection card which supplies it with signals default.
  • a high resistance for example of 1 megohm, can be connected in series with an opto-coupler on lines 1.
  • the opto-coupler can be connected at output with several threshold comparators set to values different, the output of the comparators being connected to an interrupt line of the processor 9.
  • a low-pass filter can be added between the opto-coupler linked to the measurement of overvoltages and a comparator.
  • the frequency measurement can be carried out by counting the zero crossings of the voltage of the lines 1.
  • a counter linked to a clock and a comparator make it possible to easily perform this function.
  • the programming means 34 is, for example, made up of a keyboard.
  • an adjustable threshold may consist of the user of a field effect transistor connected to a digital-analog converter whose input is connected to the processor 9.
  • Another embodiment of this adjustable threshold may consist of the use of several resistors of different values, one of these resistors being selected by a switch connected to the processor 9.
  • This flow diagram and the description of FIG. 1 make it possible to produce the processor 9.
  • a detection circuit 12 is connected to the lines 2.
  • the processor 9 is connected to this detection circuit 12, to the earth 16 and to the connection and disconnection means 8. According to this insertion of the device into the electrical installation of a room connected to a distribution network, the reconnection is done in two stages, so that the electrical systems connected to the electrical lines 1 are protected.
  • FIG. 5 represents another embodiment of a detection card 12 which can replace the one shown in FIG. 2, the application to a single-phase network here shown not being limiting.
  • One of the characteristics of the invention consists in the electrical isolation of the bridge 4 and of the output of the isolation and amplification means 6, the device having a very high sensitivity thanks to this electrical decoupling. Any power supply to the threshold circuit 7 which would be common with one of the lines 1 would deteriorate this sensitivity.
  • the threshold circuit 7 is electrically supplied by the toroidal transformer 23, in which the primary 21 and the secondary 22 are isolated from one another.
  • FIG. 5 Other means of supplying the threshold circuit 7 electrically isolated from the bridge 4 are possible: supply by solar cell, by battery, by battery, by accumulator or by transformer.
  • the supply means of the threshold circuit are constituted by a transformer, which is distinct from the isolation and amplification means 6.
  • a resistance bridge 4 comprising a determined potential point, normally fixed 5 connected to the input of an operational amplifier 42, this amplifier 42 being supplied by a transformer 43 connected to the lines 2, the output of the operational amplifier 42 being connected to a converter analog-digital 44 itself connected to processor 9, which is connected by means of connection and disconnection 8.
  • the amplifier 42 thus supplied constitutes the means of isolation and amplification 6.
  • the processor 9 can analyze the irregularities of the potentials carried by the lines 1 thanks to numerical values. The analysis of overvoltages, micro-cuts, frequency changes is then made possible.
  • FIG. 5 Other embodiments suggested by the remarks made with regard to FIG. 5 make it possible to produce other devices in accordance with the spirit of the invention. It should be noted that the device produced according to the description of FIGS. 1 to 5 can make it possible to detect electric shocks due to lightning within a radius of fifty kilometers from its point of impact.
  • the interface 11 of the processor 9 also allows the output of information on a printer, or on a modulator-demodulator.
  • the memorization of abnormal events occurring on lines 1 also allows the analysis of experts in the event of disputes with the electricity supplier, or in the event of damage to devices under warranty or under maintenance contract.
  • each line 1 can be monitored by a specific detection card 12.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

Le dispositif est destiné à protéger des lignes électriques utilisatrices (1) reliées à des lignes d'alimentation électrique (2). Ce dispositif comporte: au moins un pont de résistances (4) reliant les lignes électriques utilisatrices (1) et créant en un de ses points (5) un potentiel déterminé, fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation; un moyen d'isolation (6) amplifiant la différence de potentiel entre ce point (5) et la terre (3); un circuit à seuil (7) relié à la sortie du moyen d'isolation et d'amplification (6) et commandant un moyen de connexion et de déconnexion (8) des lignes d'alimentation électrique (2) par rapport aux lignes à protéger (1), de telle manière qu'une variation anormale de tension sur une des lignes électriques (1) provoque une variation du potentiel du point (5), cette variation étant détectée par le circuit à seuil (7). Un processeur (9) relié au circuit à seuil (7) permet un traitement numérique des données électriques concernant les lignes (1) et la mémorisation de ces données dans une mémoire (10), ainsi que la reconnexion automatique des lignes électriques utilisatrices (1) avec les lignes d'alimentation (2).

Description

"Dispositif de protection pour appareils, machines et installations électriques" La présente invention concerne un dispositif de protection pour appareils, machines et installations électriques, ce dispositif protégeant des lignes électri¬ ques dites "utilisatrices", reliées à des lignes d'alimen¬ tation électrique.
En particulier, la présente invention s'applique à la sécurité des installations électriques complètes . des habitations, à la protection des systèmes électroniques ou informatiques contre les surtensions, à la sécurité des utilisateurs de machines ou appareils électriques dans l'industrie ou dans tout autre domaine d'activité.
Les dispositifs connus à ce jour, de type disjoncteur ou fusible, ne permettent pas de couper une ligne électrique assez vite pour éviter une électrocution ou une détérioration de composants. De plus, leur temps de réaction est trop long pour assurer une bonne protection en cas d'orage par exemple. Par ailleurs, ces systèmes ne protègent que certaines lignes électriques mais pas le neutre oii la terre.
D'autres dispositifs connus mesurent un courant résiduel par rapport à la prise de terre. De ce fait, ces dispositifs sont sensibles aux parasites et leur seuil de déclenchement doit être élevé.
De plus, tous les dispositifs cités plus haut ne reconnectent pas les lignes après leur déclenchement, ce qui peut être préjudiciable au fonctionnement des alarmes, réfrigérateu s, congélateurs, aquariums, pendant de longues absences de l'utilisateur ou du propriétaire.
La présente invention prétend remédier à ces inconvénients par l'utilisation d'une connexion de toutes les lignes à protéger entre elles de manière à créer une ligne de potentiel d'une valeur déterminée et constante pendant le fonctionnement normal de l'installation à protéger, par la détection d'une variation de ce potentiel par rapport au neutre et par la coupure automatique et rapide de l'alimentation des lignes à protéger dès qu'une variation dudit potentiel est détectée.
Le dispositif objet de la présente invention est donc un dispositif de protection pour appareils, machines et installations électriques comportant des lignes électriques utilisatrices à protéger, reliées à des lignes d'alimentation électrique, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison : au moins un pont de résistances reliant les lignes électriques utilisatrices et créant en un de ses points un potentiel déterminé, fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation ; un moyen d'isolation relié à ce point et amplifiant la différence de potentiel entre ce point et une ligne de terre ou de neutre ; un circuit à seuil relié à la sortie de ce moyen d'isolation ; un processeur connecté à la sortie de ce circuit à seuil ; et un moyen de connexion et de déconnexion des lignes d'alimentation par rapport aux lignes électriques utilisatrices à protéger commandé par ledit processeur, de telle manière qu'une variation anormale de tension sur une des lignes électriques provoque une variation du potentiel au point précité, cette variation étant détectée par le circuit à seuil, qui la transmet au processeur, lequel provoque alors la déconnexion des lignes d'alimentation d'avec les lignes électriques utilisatrices.
Le fonctionnement du dispositif peut être commandé par un circuit numérique ajoutant des fonctions supplémentaires, et le seuil de déclenchement peut être réglable.
Selon une variante du dispositif de l'invention, la protection peut s'effectuer partiellement sur certaines parties d'une installation électrique. De plus, la remise en fonctionnement de l'installation, par reconnexion des lignes coupées avec las alimentations, peut être commandée par le dispositif dans un délai mémorisé variable selon le nombre de coupures de lignes déjà effectuées.
Plus généralement, toutes les fonctions, telles que seuils et délais, peuvent être programmées par l'utilisateur.
Un des avantages du dispositif selon la présente invention réside en ce que plusieurs réseaux ou une multitude de lignes peuvent être surveillés simultanément par un circuit électronique ou "carte" de détection et que le circuit numérique est adapté à contrôler plusieurs cartes de détection simultanément. En conséquence, quel que soit le nombre de transformateurs, d'onduleurs ou d'alimentations électriques d'une installation électrique, chacune de ses lignes peut être surveillée par le dispositif objet de la présente invention. Inversement, chaque ligne peut être surveillée individuellement et parallèlement à toutes les autres.
La description qui suit, faite dans un but explicatif et nullement limitatif en regard du dessin annexé, permettra, de mieux comprendre les avantages, buts et caractéristiques de la présente invention. Dans le dessin annexé :
- la figure 1 représente un schéma de principe du dispositif de protection selon l'invention ; - la figure 2 représente un schéma électronique d'une carte de détection incorporée dans le dispositif de la figure 1 ;
- la figure 3 représente un organigramme de fonctionnement de ce même dispositif ; - la figure 4 représente la connexion du dispositif de la figure 1 à un réseau de distribution électrique ;
- la figure 5 représente un schéma électronique d'une carte de détection présentant les mêmes fonctions que la carte de la figure 2 et constituant une variante. Si on se réfère d'abord à la figure 1, on voit des lignes électriques 1 d'une installation utilisatrice reliées à des lignes électriques d'alimentation extérieures 2, une ligne de terre ou de neutre 3, un pont de résistances 4 reliant toutes les lignes 1, un point de potentiel déterminé 5 du pont 4, un moyen d'isolation et d'amplification 6 relié au point 5 et à la ligne de terre ou de neutre 3, un circuit à seuil 7 relié à la sortie du moyen d'isolation et d'amplification 6, un moyen de connexion et de déconnexion 8 des lignes d'alimentation 2, par rapport aux lignes utilisatrices 1, relié d'une part au circuit à seuil 7 et d'autre part à un processeur 9 lui-même relié à une mémoire 10, à une interface 11 et au circuit à seuil 7. Le pont de résistances 4, le point de potentiel 5, le moyen d'isolation 6, le circuit à seuil 7 et le moyen de connexion et de déconnexion 8 constituent ensemble une carte de détection désignée globalement par 12.
Les lignes d'alimentation 2 et la ligne de terre ou de neutre 3 sont généralement des lignes du secteur d'alimentation, notamment d'un réseau alternatif triphasé ou d'un réseau monophasé.
Le point de potentiel 5 est relié par les branches du pont de résistances 4 aux lignes 1 de manière barycentrée, de telle manière que son potentiel ait une valeur déterminée et fixe, et soit notamment nul, lorsque les lignes 1 portent des potentiels normaux.
Le moyen d'isolation 6 peut être par exemple constitué d'un transformateur torique, tel que représenté sur la figure 2, ou d'un amplificateur opérationnel tel que représenté sur la figure 5. Ce moyen d'isolation 6 amplifie la différence de potentiel entre le point 5 et la ligne de terre ou de neutre 3.
Le circuit à seuil 7 transmet un signal lorsque la différence de potentiel en sortie du moyen d'isolation 6, elle-même image de la différence de potentiel entre le point 5 et la ligne de terre ou de neutre 3, est supérieure à une valeur prédéterminée.
Le moyen de connexion et de déconnexion 8 peut être constitué de relais, de contacteurs électro- magnétiques ou statiques ou d'autres dispositifs électro¬ mécaniques. Il connecte ou déconnecte les lignes d'alimentation 2 avec les lignes électriques utilisatrices 1.
Enfin le processeur 9 peut être un ordinateur, un micro-contrôleur, un calculateur ou tout autre moyen informatique. Il possède une interface 11 permettant un dialogue entre l'utilisateur et le dispositif. Le processeur 9 est programmé selon un programme conservé dans une mémoire 10 pour contrôler le fonctionnement des éléments du dispositif.
En général l'interface 11 permet la connexion d'un moyen d'affichage et d'un clavier. Elle permet aussi la connexion du dispositif avec un système informatique ou avec des moyens d'enregistrement permettant de transférer les informations contenues dans la mémoire 10. Ces informations peuvent notamment concerner les incidents survenus sur les lignes d'alimentation 2.
Le dépassement du seuil prédéterminé par le signal sortant du moyen d'isolation et d'amplification 6 déclenche la déconnexion des lignes utilisatrices 1 d'avec les lignes d'alimentation 2.
Le processeur 9 ordonne la reconnexion des lignes 1 et 2 après un délai mémorisé dans la mémoire 10 et choisi par l'utilisateur. De cette manière, une variation anormale de tension sur une des lignes électriques utilisatrices 1 provoque une variation du potentiel normalement fixe du point 5, cette variation étant détectée par le circuit à seuil 7 qui la transmet au processeur 9, lequel ordonne au moyen 8 la déconnexion des lignes utilisatrices 1 d'avec les lignes d'alimentation 2. Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit un mode de réalisation de la carte de détection 12. Pour une meilleure compréhension de l'invention deux réseaux sont ici représentés, à savoir un réseau monophasé 13 et un réseau triphasé 14. Un des avantages de l'invention est en effet que plusieurs types de réseaux différents peuvent être protégés simultanément par la même carte de détection 12.
Les réseaux 13 et 14 comportent chacun des lignes électriques d'alimentation 2 et des lignes électriques utilisatrices 1 séparées par un relais 20. Les lignes utilisatrices 1 du réseau triphasé 14 sont reliées à un connecteur 15, relié par ailleurs à la terre 16 et à un tore 51 par des lignes d'alimentation 17 et 18, ainsi qu'à un transformateur d'isolement 50. Le pont de résistances 4 est ainsi relié directement aux lignes 1 du réseau triphasé 14, sortant d'un transformateur d'isolement triphasé 50' lui-même relié aux lignes d'alimentation 2, tandis que le transformateur d'isolement 50 s'intercale entre le pont 4 et les lignes 1 du réseau monophasé 13. Le transformateur 51 est un tore disposé autour des deux lignes 1 du réseau monophasé 13, avec neutre à la terre.
Le pont de résistances 4 relie toutes les lignes 1 à un primaire 21 d'un transformateur torique 23 élévateur de tension, utilisé en amplificateur. Le secondaire 22 de ce transformateur 23 est relié à un circuit redresseur 24. Le signal de sortie du circuit redresseur 24 ainsi qu'une valeur de potentiel fixée par un potentiomètre 25 sont amenés à un opto-coupleur 26 lui-même relié à une bascule 27. La sortie de la bascule 27 est reliée par un opto- coupleur 28 à un amplificateur 29 relié à un contacteur 52.
Enfin, un connecteur 30 est adapté à relier le processeur 9 à la carte de détection 12 de telle manière que le processeur 9 commande la bascule 27 et les relais 20, et perçoit la position du contacteur 52. On comprend que le transformateur 23 et les opto- coupleurs 26 et 28 servent à isoler les différentes fonctions de la carte de détection 12, le transformateur 23 amplifiant le signal fourni par le pont 4. Un déséquilibre de ce pont 4 provoque l'apparition d'un courant passant dans le point 5 et d'un potentiel aux bornes du secondaire 22 du transformateur 23. Cette différence de potentiel est redressée par le circuit 24 et selon la valeu d'un seuil fixée par le potentiomètre 25, la bascule 27 change d'état et provoque l'ouverture des relais 20 par l'intermédiaire du contacteur 52.
En comparaison avec la figure 1, on comprend que le moyen d'isolation et d'amplification 6 est constitué ici par le transformateur 23. Le circuit à seuil 7 est constitué par le circuit redresseur 24 et le potentiomètre 25, et le moyen de connexion et de déconnexion 8 par la bascule 27 associée au contacteur 52 et les relais 20.
Pour une réalisation optimale du dispositif de l'invention, le primaire 21 du transformateur 23 doit être adapté à fonctionner à partir de 1 à 2 milliampères. De cette manière tout défaut d'isolement d'une des lignes 1 par rapport à la terre 16 est détecté et provoque la déconnexion des lignes 1 par rapport aux lignes 2.
Le transformateur d'isolement monophasé 50 permet de détecter les surtensions apparaissant sur les lignes 1 et de déclencher alors la déconnexion électrique des lignes 1 d'avec les lignes 2. Le neutre du primaire du transformateur 50 est relié (par un conducteur non représenté) à la ligne d'alimentation 17 reliée aussi au transformateur 51 ; ainsi on dispose d'une boucle de référence permettant un fonctionnement du dispositif même si la prise de terre n'existe pas du côté de l'installation utilisatrice, d'où une sécurité supplémentaire. Le tore 51 permet de détecter les défauts d'isolation des lignes 1 par rapport à la terre : en effet un défaut d'isolation entre une ligne 1 et la terre 16 provoque une surtension entre les lignes d'alimentation 17 et 18 du tore 51, surtension qui est détectée par le circuit à seuil 7. Le tore 51 peut être spécialement adapté pour donner une sensibilité de deux milliampères au dispositif. Par exemple, ces deux milliampères peuvent, en sortie du tore 51, correspondre à trente millivolts. Un tel seuil de déclenchement permet une excellente protection des personnes sans risquer les déclenchements dûs aux parasites sur le réseau.
Un autre avantage de ce mode de réalisation est que les parasites de courte durée apparaissant sur les lignes 1 ne provoquent . pas de déconnexion, l'énergie correspondant à ces parasites étant insuffisante pour déclencher le fonctionnement de l'opto-coupleur 26.
En se référant maintenant à la figure 3, on voit un organigramme de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Cet organigramme permet de préciser notamment la programmation du processeur 9 et les moyens permettant de réaliser des variantes du mode de réalisation décrit en référence aux figures 1 et 2.
On trouve dans cette figure 3 des lignes utilisatrices 1 reliées à des lignes d'alimentation 2 du secteur 31 et à une source d'alimentation autonome 32 par des moyens de connexion et de déconnexion 8, et à une carte de détection 12. Un analyseur de défauts 33 est relié par ses entrées à la carte de détection 12 et à un moyen de programmation 34. ses sorties il fournit des signaux de déconnexion 35 et de reconnexion 36 du secteur et des signaux de déconnexion 37 et de reconnexion 38 de l'alimentation autonome 32, des signaux d'affichage 39, de mémorisation 40 et de signalisation 41.
Le moyen de détection 12 est constitué par l'une des cartes représentées sur les figures 2 ou 5, la deuxième carte étant cependant préférentielle (voir description ci-après) .
La source d'alimentation autonome 32 est constituée par une batterie, un onduleur ou d'autres moyens électrogènes. L'analyseur de défauts 33 analyse notamment sur les lignes 1 les surtensions, les courants porteurs, les parasites, les micro-coupures, les variations de tension ou de fréquence. Ces données sont mémorisées, affichées ou signalées en fonction de leur importance ou de leur répétition.
La connexion _.^de l'alimentation autonome 32 et la déconnexion conjointe du secteur 31 sont par exemple ordonnées lorsqu'une micro-coupure dure plus d'une seconde. Un signal de reconnexion 36 ou 38 est donné, après une déconnexion, dans un délai d'attente mémorisé par programmation. Cependant, ce délai peut être variable en fonction des informations précédemment mémorisées. Par exemple, après dix reconnexions réalisées dans un certain délai, le délai entre la déconnexion et la reconnexion peut être allongé pour protéger les systèmes électriques reliés aux lignes 1.
Il est à noter que plusieurs cartes de détection 12, chacune reliée à un système électrique donné, peuvent être connectées à un seul analyseur de défauts 33. L'analyseur de défauts mémorise alors une identification de la carte de détection qui lui fournit des signaux de défaut.
Pour que l'analyseur de défauts 33 obtienne les informations sur l'état des lignes 1, plusieurs moyens peuvent être utilisés.
D'une part, pour la détection des surtensions, une résistance élevée, par exemple de 1 mégohm, peut être connectée en série avec un opto-coupleur aux lignes 1. L'opto-coupleur peut être connecté en sortie avec plusieurs comparateurs de seuils réglés à des valeurs différentes, la sortie des comparateurs étant reliée à une ligne d'interruption du processeur 9.
D'autre part, pour la détection des sous-tensions, on peut ajouter un filtre passe-bas entre l'opto-coupleur lié à la mesure de surtensions et un comparateur.
Enfin, la mesure de fréquence peut être réalisée par comptage des passages à zéro de la tension des lignes 1. Un compteur lié à une horloge et un comparateur permettent de réaliser aisément cette fonction. Le moyen de programmation 34 est, par exemple, constitué d'un clavier.
La réalisation d'un seuil réglable peut consister en l'utilisateur d'un transistor à effet de champ relié à un convertisseur numérique-analogique dont l'entrée est reliée au processeur 9. Une autre réalisation de ce seuil réglable peut consister en l'utilisation de plusieurs résistances de valeurs différentes, l'une de ces résistances étant sélectionnée par un commutateur relié au processeur 9. Cet organigramme et la description de la figure 1 permettent de réaliser le processeur 9. On pourra, à cet effet, se référer à la constitution des cartes de traitement du signal et des cartes à microprocesseur.
Si on se réfère à la figure 4 on voit les connexions du dispositif à un réseau de distribution monophasé ou triphasé.
On y voit reliés entre eux successivement des lignes de distribution 2, un compteur 53, un disjoncteur différentiel 54, un moyen de connexion et de déconnexion 8, un transformateur d'isolement 55, un autre moyen de connexion et de déconnexion 8 et une des lignes d'alimentation d'une installation électrique 56. Un circuit de détection 12 est connecté aux lignes 2. Le processeur 9 est relié à ce circuit de détection 12, à la terre 16 et aux moyens de connexion et de déconnexion 8. Selon cette insertion du dispositif dans l'installation électrique d'un local relié à un réseau de distribution, la reconnexion se fait en deux temps, de telle manière que les systèmes électriques reliés aux lignes électriques 1 sont protégés.
La figure 5 représente un autre schéma de réalisation d'une carte de détection 12 qui peut remplacer celle qui est représentée à la figure 2, l'application à un réseau monophasé ici représenté n'étant pas limitative. L'une des caractéristiques de l'invention consiste en l'isolement électrique du pont 4 et de la sortie du moyen d'isolation et d'amplification 6, le dispositif- présentant une très grande sensibilité grâce à ce découplage électrique. Toute alimentation du circuit à seuil 7 qui serait commune avec l'une des lignes 1 détériorerait cette sensibilité.
Dans la figure 2, le circuit à seuil 7 est alimenté électriquement par le transformateur torique 23, dans lequel le primaire 21 et le secondaire 22 sont isolés l'un de l'autre.
D'autres moyens d'alimentation du circuit à seuil 7 électriquement isolés du pont 4 sont possibles : alimentation par cellule solaire, par pile, par batterie, par accumulateur ou par transformateur. Dans la figure 5 les moyens d'alimentation du circuit à seuil sont constitués par un transformateur, qui est distinct du moyen d'isolation et d'amplification 6. Dans cette figure 5 on voit des lignes électriques d'alimentation 2 séparés de lignes électriques utilisatrices 1 par un moyen de connexion et de déconnexion 8, un pont de résistances 4 comportant un point de potentiel déterminé, normalement fixe 5 relié à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 42, cet amplificateur 42 étant alimenté par un transformateur 43 relié aux lignes 2, la sortie de l'amplificateur opérationnel 42 étant reliée à un convertisseur analogique-numérique 44 lui-même relié au processeur 9, lequel est relié au moyen de connexion et de déconnexion 8. L'amplificateur 42 ainsi alimenté constitue le moyen d'isolation et d'amplification 6. Un des avantages de ce dernier mode de réalisation réside en ce que le processeur 9 peut analyser les irrégularités des potentiels portés par les lignes 1 grâce à des valeurs numériques. L'analyse des surtensions, des micro-coupures, des changements de fréquence est alors rendue possible.
D'autres modes de réalisation suggérés par les remarques faites en regard de la figure 5 permettent de réaliser d'autres dispositifs conformes à l'esprit de 1*invention. II est à noter que le dispositif réalisé selon la description des figures 1 à 5 peut permettre de détecter des chocs électriques dûs à la foudre dans un rayon de cinquante kilomètres de son point d'impact.
L'interface 11 du processeur 9 permet aussi la sortie d'informations sur une imprimante, ou sur un modulateur-démodulateur. La mémorisation des événements anormaux se produisant sur les lignes 1 permet aussi l'analyse d'experts en cas de litiges avec le fournisseur d'électricité, ou en cas de détériorations d'appareils sous garantie ou sous contrat de maintenance.
Il est à noter que le dispositif de protection objet de la présente invention doit préférentiellement comporter un circuit de détection devant chaque appareil sensible aux variations d'alimentation et en amont et en aval de chaque transformateur, ou onduleur de l'installation électrique protégée. De plus, chaque ligne 1 peut être surveillée par une carte de détection particulière 12.
Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède de certains de ses modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection pour machines, appareils et installations électriques comportant des lignes électriques utilisatrices (1) à protéger, reliées à des lignes d'alimentation électrique (2) , caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un pont de résistances (4) reliant les lignes électriques utilisatrices (1) et créant en un de ses points (5) un potentiel déterminé, fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation ; un moyen d'isolation (6) relié à ce point (5) et amplifiant la différence de potentiel entre ce point et une ligne de terre ou de neutre ; un circuit à seuil (7) relié à la sortie du moyen d'isolation (6) ; un processeur (9) connecté à la sortie de ce circuit à seuil (7) ; et un moyen de connexion et de déconnexion (8) des lignes d'alimentation (2) par rapport aux lignes électriques utilisatrices (1) commandé par ledit processeur (9) de telle manière qu'une variation anormale de tension sur une des lignes électriques (1) provoque une variation du potentiel au point précité (5) , cette variation étant détectée par le circuit à seuil (7) qui la transmet au processeur (9) , lequel provoque par l'intermédiaire du moyen (8) la déconnexion des lignes d'alimentation (2) d'avec les lignes électriques (1) .
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'isolation et d'amplification (6) est un transformateur élévateur de tension (23) , dont le primaire (21) est relié au pont de résistances (4) .
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'isolation et d'amplification (6) est un amplificateur opérationnel (42) , ayant son entrée reliée au point précité (5) du pont de résistances (4), l'amplificateur (42) étant alimenté par un transformateur (43) relié aux lignes d'alimentation (2).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le pont de résistances (4) est tel que son point (5) de potentiel déterminé soit un point de potentiel nul au cours du fonctionnement normal de l'installation.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pont de résistances (4) possède des branches reliées à des lignes sortant d'un transformateur d'isolement (50), lui-même relié aux lignes utilisatrices (1) .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le pont de résistances (4) possède des branches reliées par des lignes d'alimentation (17,18) à un transformateur torique (51) disposé autour de deux lignes (1) d'une installation monophasée (13) avec neutre à la terre, de manière qu'un défaut d'isolation entre la terre (16) et l'une des lignes (1) provoque une surtension entre les lignes d'alimentation (17,18) du transformateur (51).
7. Dispositif selon l'ensemble des revendications
5 et 6, caractérisé en ce que le primaire du transformateur d'isolement (50) est relié à une ligne d'alimentation (17) du transformateur torique (51), pour permettre le fonctionnement du dispositif même en l'absence de prise de terre du côté de l'installation utilisatrice monophasée (13) .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (9) est adapté à reconnecter les lignes (1) avec les lignes (2) après une déconnexion de ces lignes, dans un délai programmable.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (9) est adapté à régler la valeur du seuil dans le circuit à seuil (7) .
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une bascule (27) , placée électriquement entre le circuit à seuil (7) et le moyen de connexion et de déconnexion (8), de préférence avec interposition d'opto- coupleurs (26,28).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ponts de résistances (4) reliant chacun des lignes électriques utilisatrices (1) et créant chacun en un point (5) un potentiel déterminé, fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation, des moyens d'isolation et d'amplification (6) reliés à ces différents points (5) , des circuits à seuil (7) reliés à la sortie de ces moyens d'isolation et d'amplification (6) et des moyens de connexion et de déconnexion (8) des lignes d'alimentation (2) par rapport à des lignes utilisatrices (1) commandés par un seul processeur (9) .
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le processeur (9) comporte une interface (11) pour clavier et/ou affichage.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire (10) reliée au processeur (9) et conservant des informations sur les incidents survenus sur les lignes (2) , ladite mémoire (10) pouvant être connectée à un système informatique ou à un moyen d'enregistrement.
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