EP4248533A1 - Appareillage de protection à coupure electronique - Google Patents

Appareillage de protection à coupure electronique

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Publication number
EP4248533A1
EP4248533A1 EP21815995.2A EP21815995A EP4248533A1 EP 4248533 A1 EP4248533 A1 EP 4248533A1 EP 21815995 A EP21815995 A EP 21815995A EP 4248533 A1 EP4248533 A1 EP 4248533A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electronic
unit
protection
cut
electronic cut
Prior art date
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Pending
Application number
EP21815995.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin PIDANCIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hager Electro SAS
Original Assignee
Hager Electro SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hager Electro SAS filed Critical Hager Electro SAS
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Pending 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
    • H02H3/08—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 excess current
    • 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
    • H02H3/08—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 excess current
    • H02H3/083—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 excess current for three-phase systems
    • 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
    • H02H3/20—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 excess voltage

Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic cut-off protection equipment.
  • Electronic cut-off protection equipment unlike electromechanical cut-off protection equipment, cannot withstand high current values in the event of a short-circuit or CEM shock wave, the acronym CEM meaning Electro-Magnetic Compatibility , otherwise the electronic cut-off unit could be damaged.
  • the short-circuit detection response time must be fast enough, i.e. of the order of a few microseconds in order to interrupt the current in time.
  • Such electronic cut-off protection equipment generally comprises an electronic protection trip unit which usually comprises a microcontroller to ensure the coordination of the various elements, the measurement, the communication, as well as the fault detection. It can therefore potentially also be used to detect fast transient faults, such as short-circuit or EMC shock wave, provided it is powerful and fast enough to perform this task.
  • the purpose of the present invention is to overcome these drawbacks and aims to propose a solution making it possible to avoid the use of a microcontroller for the detection of faults of the short-circuit or CEM shock wave type.
  • an electronic cut-off protection device comprising at least:
  • At least one current sensor able and intended at least to measure the current flowing in said at least one phase current line and to emit an acquisition signal representative of the image of the current flowing in said at least one phase current line phase current
  • an electronic protection trip unit electrically connected with said current sensor and, able and intended at least to process said acquisition signal and, if necessary, to emit a first protection trip control signal representative of the appearance of a overload-type fault, said electronic protection trip unit having a response time of between 10 milliseconds and 1 second
  • said electronic cut-off protection device comprises an analog protection trip device, configured to receive a signal representative of the voltage at the terminals of the electronic cut-off unit, connected to the electronic cut-off unit, and arranged to compare the signal representative of the voltage at the terminals of the electronic cut-off unit with a predetermined threshold value and in the event of said threshold value being exceeded, transmitting a second protection tripping control signal representative of the appearance of a fault of the EMC shock wave type or of the short-circuit type, said analog protection tripping device having a response time between 1 microsecond and 10 milliseconds, in that said electronic cut-off unit is suitable and intended for the less to be controlled in tripping by said first protection tripping control signal and/or by said second protection tripping control signal, so as to open said at least one electronic cut-off component, and in that said switchgear electronic cut-off protection further comprises a power supply configured
  • FIG. 1 shows an electrical diagram of the electronic cut-off protection device according to a first possibility of a first variant embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents an electrical diagram of the electronic cut-off protection device according to a second possibility of the first variant embodiment of the invention
  • Figure 3 shows an electrical diagram of the electronic cut-off protection device according to a first possibility of a second variant embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents an electrical diagram of the electronic cut-off protection device according to a second possibility of the second variant embodiment of the invention.
  • figure 5 represents a tripping curve showing the response time of the electronic cut-off protection device according to the invention as a function of the current.
  • an electronic cut-off protection device comprises at least:
  • At least one current sensor 1 able and intended at least to measure the current flowing in said at least one current line of phase L and to emit an acquisition signal representative of the image of the current flowing in said at least one L phase current line
  • an electronic protection trip unit 2 electrically connected with said current sensor 1 and, able and intended at least to process said acquisition signal and if necessary to emit a first protection trip control signal D1 representative of the appearance an overload-type fault, said electronic protection trip unit 2 having a response time of between 10 milliseconds and 1 second,
  • an electronic cut-off unit 3 comprising at least one electronic power cut-off component disposed respectively on said at least one phase current line L.
  • said electronic cut-off protection device comprises: - an analog protection trip unit 4, configured to receive a signal representative of the voltage at the terminals 30, 31 of the electronic cut-off unit 3, connected to the electronic cut-off unit 3, and arranged to compare the signal representative of the voltage across terminals 30, 31 of electronic cut-off unit 3 to a predetermined threshold value and in the event of said threshold value being exceeded, transmitting a second protection trip control signal D2 representative of the appearance of a type fault EMC or short-circuit type shock wave, said analog protection trigger 4 having a response time of between 1 microsecond and 10 milliseconds, said electronic cut-off unit 3 being able and intended at least to be controlled in triggering by said first protection tripping control signal D1 and/or by said second protection tripping control signal D2, so as to open said at least one electronic component cutoff ue,
  • a power supply 7 configured to supply the electronic protection trip unit 2 and the analog protection trip unit 4.
  • the present invention allows the implementation of two types of fault detection in parallel in the same electronic cut-off protection device.
  • the first detection is analog thanks to the analog protection trigger 4 and is based on the comparison of the voltage of the electronic power cut-off component with a predetermined threshold value, it makes it possible to detect faults in the electrical installation of the short-circuit type. or shock waves caused by lightning, as well as potential faults in the electronic cut-off component, for example a power transistor.
  • the second detection is digital thanks to the electronic protection trip unit and makes it possible to detect faults, of the overload type, based on the measurement of the current of the phase L current line using the current sensor 1.
  • the invention proposes using the voltage at terminals 30, 31 of the breaking unit electronics 3. By comparing this voltage to a predetermined threshold value, it is therefore possible to detect faults of the type short circuit or EMC shock waves.
  • the simplicity of implementation also makes the solution all the more efficient because it is fast, reliable and robust.
  • the electronic protection trip unit 2 and the current sensor 1 allow the detection of overload-type faults and produce a digital detection chain which can be configured by the user in order to best adapt to the electrical installation. .
  • the response time of the electronic protection trip unit 2 can be considered slow, since it is of the order of ten milliseconds, more particularly comprised between 10 milliseconds and 1 second, but the triggering is performed with good precision. Good accuracy means a percentage error of between 1 percent and 5 percent.
  • This digital detection chain can also be used to detect electric arc faults. Indeed, an electric arc fault detection algorithm could be implemented in the electronic protection trip unit 2, on condition of also having a measurement of the voltage between the phase current line L and the neutral current line N. This digital detection chain cannot be used to detect short-circuit or EMC shock wave type faults.
  • the analog protection trigger 4 allows short-circuit or EMC shock wave type fault detection and produces an analog detection chain, with a so-called fast response time of the order of a microsecond, more particularly including between 1 microsecond and 10 milliseconds but with a very low precision of the order of 10A, as illustrated in figure 5, mainly due to the non-linearity of the resistance of the electronic cut-off component R as a function of the current and the temperature.
  • the present invention makes it possible, in addition to protecting the installation, to also detect a possible failure of said at least one component.
  • the predetermined threshold value is ideally set close to the acceptable current limit of said at least one electronic power cut-off component, in order to ensure its protection.
  • the acceptable current limit corresponds to a maximum current defined in the data supplied by the manufacturer of the electronic power cut-off component.
  • the predetermined threshold value should also preferably be sufficiently high so as not to generate nuisance tripping in the electrical installation.
  • the predetermined threshold value is selected so as not to interfere with the circuit breaker curve chosen by the user.
  • the shock wave can be an 8/20 microsecond or 1.2/50 microsecond wave.
  • the current sensor 1 may consist of a measuring shunt or a Rogowski winding or a current transformer or a Hall effect sensor or the like.
  • the power supply 7 may consist of a non-isolated AC/DC converter and be electrically connected in parallel between the phase current line L and the neutral current line N.
  • said at least one electronic cut-off component comprises at least one power transistor, preferably two power transistors.
  • the two power transistors are preferably connected in series, for example head to tail, on the phase L current line.
  • this power transistor may consist of a bipolar transistor or a field effect transistor. It is controlled by the driver 6 described below so as to conduct the electric current or not.
  • the current sensor 1 is preferably a measurement shunt, located between the two transistors and preferably connected in series.
  • said analog protection trip unit 4 comprises at least one driver 6, configured at least to drive said at least one electronic power cut-off component of the cut-off unit electronic 3 and, comprising at least a first input terminal 61 electrically connected to the electronic protection trip unit 2 and an output terminal 62 electrically connected to the electronic cut-off unit 3.
  • the driver 6 performs a triggering control function and thus makes it possible to control said at least one electronic power cut-off component of the electronic cut-off unit 3.
  • said at least one electronic cut-off component power can be controlled in tripping by said first protection tripping control signal D1 and/or by said second protection tripping control signal D2, so as to open said at least one electronic cut-off component.
  • the driver 6 further comprises a second input terminal 63 electrically connected to the electronic cut-off unit 3 and the driver 6 is further configured to compare the signal representative of the voltage at the terminals 30, 31 of the electronic cut-off unit 3 with the predetermined threshold value and in the event of exceeding said threshold value emitting said second control signal D2 for triggering protection.
  • the driver 6 incorporates, in addition to the triggering control function, a comparison function also commonly called protection against desaturation.
  • the electronic cut-off protection device comprises an electrical assembly for adjusting the predetermined threshold comprising at least one diode 8 so as to allow the setting of said predetermined threshold value, said electrical assembly being electrically connected between said second input terminal 63 of driver 6 and terminal 30 of said electronic cut-off cut-off unit 3.
  • driver 6 is configured to generate a voltage which corresponds to the predetermined threshold value.
  • Diode 8 is preferably a Zener diode. This electrical assembly has the advantage of being analog.
  • the driver 6 comprises a third input terminal 64 electrically connected to the electronic protection trip unit 2, so as to allow adjustment of said predetermined threshold value in said electronic protection trip unit 2.
  • the electronic protection trip device 2 allows in this case the setting of the predetermined threshold value electronically.
  • said analog protection trip unit 4 further comprises at least one comparison unit 5 comprising a first input terminal 51, a second input terminal 52 and an output terminal 53.
  • Said first input terminal 51 is electrically connected to the electronic cut-off unit 3 and said output terminal 53 is electrically connected to a second input terminal 63 which comprises the driver 6.
  • said comparison unit 5 is configured to compare the signal representative of the voltage at the terminals 30, 31 of the electronic cut-off unit 3 with said predetermined threshold value and in the event of exceeding said threshold value emit the second protection trip control signal D2.
  • the comparison unit 5 performs a comparison function.
  • the comparison unit 5 can comprise a comparator.
  • the electronic cut-off protection device comprises an electrical circuit for adjusting the predetermined threshold comprising at least one diode 8 so as to allow adjustment of said predetermined threshold value, said electrical circuit being electrically connected between said first input terminal 51 of said comparison unit 5 and terminal 30 of said electronic cut-off unit 3.
  • the comparison 5 preferably comprises a second input terminal 52 connected to a voltage regulator or a voltage divider bridge or equivalent in order to generate the desired voltage which corresponds to the predetermined threshold value.
  • Diode 8 is preferably a Zener diode.
  • This electrical assembly has the advantage of being analog.
  • said second input terminal 52 of said comparison unit 5 is electrically connected to the electronic protection trip unit 2, so as to allow setting said predetermined threshold value in said electronic protection trip unit 2.
  • the electronic protection trip device 2 allows in this case the setting of the predetermined threshold value electronically.
  • the electronic protection trip unit 2 comprises at least one microcontroller configured at least to process said acquisition signal representative of the image of the current flowing in said at least one phase current line L and if necessary to emit said first protection triggering control signal D1 representative of the appearance of a fault, the microcontroller having a response time of between 10 milliseconds and 1 second.
  • the microcontroller can also be provided to provide measurement functions, communication, in addition to fault detection. In any case, it is not designed to detect short-circuit or EMC shock wave type faults. Indeed, the latter is not powerful and fast enough to perform this task.
  • the electronic cut-off protection device comprises a box in modular format, that is to say the format of which preferably complies with the UTE C61-920 standard.
  • the invention thus makes it possible to produce an electronic cut-off protection device in modular format having a cost and a size which are limited without having to select an electronic protection trip unit 2 which is capable of detecting so-called rapid defects, which will greatly increase the manufacturing cost.
  • said housing has a generally parallelepipedic shape with a first main face and a second main face, and side faces, respectively rear, lower, front and upper extending from one to the other of the first and second main faces, and with a width, that is to say the gap between the first and second main faces, equal to an integer number of times a predetermined distance, called module.
  • the driver 6 is configured to control the opening of said at least one electronic power cut-off component of the cut-off unit 3 and to transmit a signal to the electronic protection trip unit 2 to inform it of the presence of a fault.
  • the driver 6 can instantly pass control of the electronic component, preferably a transistor at zero.
  • the driver 6 can also send a signal to the electronic protection trip unit 2, preferably a microcontroller, to inform it of the presence of a fault.
  • the driver 6 is configured to control the opening of said at least one electronic power cut-off component of the unit cut-off 3 and the comparison unit 5 is configured to transmit a signal to the electronic protection trip unit 2 to inform it of the presence of a fault.
  • the driver 6 can instantly pass control of the electronic component, preferably a zero transistor.
  • the comparison unit can send a signal to the electronic protection trip unit 2, preferably a microcontroller, to inform it of the presence of a fault.
  • the electronic cut-off unit 3 comprises a ground M which is local.
  • the mass M does not correspond to a mass of the circuit formed by the phase current line L and the neutral current line N.
  • the analog protection trigger 4 comprises a ground M which is local.
  • the comparison unit 5 comprises a ground M which is local.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique comprenant: - une ligne de courant de phase (L) et une ligne de courant de neutre (N), - un capteur de courant (1), - un déclencheur électronique de protection (2) relié électriquement avec ledit capteur de courant (1) et, apte et destiné à émettre un premier signal de commande (D1) de déclenchement de protection représentatif de l'apparition d'un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection (2) ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde, - une unité de coupure électronique (3) comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite ligne de courant de phase (L), caractérisé en ce que ledit appareillage de protection électronique comprend : - un déclencheur analogique de protection (4), configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31) de l'unité de coupure électronique (3), relié à l'unité de coupure électronique (3), et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31) de l'unité de coupure électronique (3) à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection représentatif de l'apparition d'un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection (4) ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, - en ce que ladite unité de coupure électronique (3) est apte et destinée à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande (D1) de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure.

Description

Description
Titre de l'invention : Appareillage de protection à coupure électronique
[0001 ] La présente invention concerne le domaine des appareillages de protection à coupure électronique.
[0002] Un appareillage de protection à coupure électronique, contrairement à un appareillage de protection à coupure électromécanique, ne peut pas encaisser de fortes valeurs de courants en cas de court-circuit ou onde de choc CEM, le sigle CEM signifiant Compatibilité Électro-Magnétique, sous peine d’endommager l’unité de coupure électronique. Ainsi, le temps de réponse de la détection de court- circuit doit être suffisamment rapide, c’est-à-dire de l’ordre de quelques micro secondes afin d’interrompre le courant à temps. Un tel appareillage de protection à coupure électronique comporte généralement un déclencheur électronique de protection qui comprend habituellement un microcontrôleur pour assurer la coordination des différents éléments, la mesure, la communication, ainsi que la détection de défaut. Il peut donc potentiellement être utilisé aussi pour détecter des défauts transitoires rapides, de type court-circuit ou onde de choc CEM, sous réserve d’être suffisamment puissant et rapide pour effectuer cette tâche.
[0003] Toutefois, sélectionner un microcontrôleur capable de détecter des défauts si rapides augmente fortement le coût de l’appareillage de protection à coupure électronique.
[0004] La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et vise à proposer une solution permettant d’éviter l’usage d’un microcontrôleur pour la détection de défaut de type court-circuit ou onde de choc CEM.
[0005] A cet effet l’invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique comprenant au moins :
- au moins une ligne de courant de phase et une ligne de courant de neutre,
- au moins un capteur de courant apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase, - un déclencheur électronique de protection relié électriquement avec ledit capteur de courant et, apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un premier signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde,
- une unité de coupure électronique comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase, caractérisé en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend un déclencheur analogique de protection, configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes de l’unité de coupure électronique, relié à l’unité de coupure électronique, et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes de l’unité de coupure électronique à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, en ce que ladite unité de coupure électronique est apte et destinée au moins à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure, et en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend en outre une alimentation électrique configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection et le déclencheur analogique de protection.
[0006] L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
[0007] [Fig. 1 ] la figure 1 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une première possibilité d’une première variante de réalisation de l’invention, [0008] [Fig. 2] la figure 2 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une deuxième possibilité de la première variante de réalisation de l’invention,
[0009] [Fig. 3] la figure 3 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une première possibilité d’une deuxième variante de réalisation de l’invention,
[0010] [Fig. 4] la figure 4 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une deuxième possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention, et
[0011 ] [Fig. 5] la figure 5 représente une courbe de déclenchement montrant le temps de réponse de l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention en fonction du courant.
[0012] En référence aux figures, un appareillage de protection à coupure électronique comprend au moins :
- au moins une ligne de courant de phase L et une ligne de courant de neutre N,
- au moins un capteur de courant 1 apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L,
- un déclencheur électronique de protection 2 relié électriquement avec ledit capteur de courant 1 et, apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un premier signal de commande D1 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection 2 ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde,
- une unité de coupure électronique 3 comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase L.
[0013] Conformément à l’invention, ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend : - un déclencheur analogique de protection 4, configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3, relié à l’unité de coupure électronique 3, et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection 4 ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, ladite unité de coupure électronique 3 étant apte et destinée au moins à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure,
- une alimentation électrique 7 configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection 2 et le déclencheur analogique de protection 4.
[0014] Avantageusement, la présente invention permet la mise en oeuvre de deux types de détections de défauts en parallèle dans un même appareillage de protection à coupure électronique. La première détection est analogique grâce au déclencheur analogique de protection 4 et est basée sur la comparaison de la tension du composant électronique de coupure de puissance à une valeur seuil prédéterminée, elle permet de détecter les défauts dans l’installation électrique de type court-circuit ou ondes de choc causées par la foudre, ainsi que de potentiels défauts du composant électronique de coupure par exemple un transistor de puissance. La seconde détection est numérique grâce au déclencheur électronique de protection et permet de détecter des défauts, de type surcharge, en se basant sur la mesure du courant de la ligne de courant de phase L à l’aide du capteur de courant 1. Plus particulièrement, pour éviter d’avoir besoin d’un déclencheur électronique de protection 2 très performant ayant un temps de réponse de l’ordre de la microseconde, l’invention propose d’utiliser la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3. En comparant, cette tension à une valeur seuil prédéterminée, il est donc possible de détecter les défauts de type court-circuit ou ondes de choc CEM. La simplicité de mise en oeuvre rend également la solution d’autant plus performante car rapide, fiable et robuste.
[0015] Plus particulièrement, l’invention propose d’utiliser la chute de la tension du composant électronique de coupure qui est l’image quasi-linéaire du courant Vtransistor = R * I, avec R qui correspond à la résistance du composant électronique de coupure. Sa valeur dépend de la température du composant et du courant qui le parcours. En effet, grâce à cette relation il est possible d’estimer la valeur du courant I dans la ligne de courant de phase L.
[0016] Le déclencheur électronique de protection 2 et le capteur de courant 1 permettent la détection des défauts de type surcharge et réalise une chaine de détection numérique qui peut être paramétrable par l’utilisateur afin de s’adapter au mieux à l’installation électrique. Comme l’illustre la figure 5, le temps de réponse du déclencheur électronique de protection 2 peut être considéré comme lent, puisqu’il est de l’ordre de la dizaine de milliseconde, plus particulièrement compris entre 10 millisecondes et 1 seconde, mais le déclenchement est réalisé avec une bonne précision. On entend par bonne précision un pourcentage d’erreur compris entre 1 pourcent et 5 pourcents. Cette chaine de détection numérique peut aussi être utilisée pour détecter des défauts d’arc électrique. En effet, un algorithme de détection de défaut d’arc électrique pourrait être implémenté dans le déclencheur électronique de protection 2, à condition d’avoir également une mesure de la tension entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. Cette chaine de détection numérique ne peut pas être utilisée pour détecter des défauts de type court-circuit ou onde de choc CEM.
[0017] Le déclencheur analogique de protection 4 permet la détection de défaut de type court-circuit ou onde de choc CEM et réalise une chaine de détection analogique, avec un temps de réponse dit rapide de l’ordre de la microseconde, plus particulièrement compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes mais avec une précision très faible de l’ordre de 10A, comme l’illustre la figure 5, dû principalement à la non-linéarité de la résistance du composant électronique de coupure R en fonction du courant et de la température.
[0018] La présente invention permet, en plus de réaliser la protection de l’installation, de détecter également une éventuelle défaillance dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité électronique de coupure 3. En effet, une augmentation importante de la résistance du composant électronique de coupure R à l’état passant du composant électronique de coupure est signe de défaut du composant et sera alors détectée.
[0019] La valeur seuil prédéterminée est idéalement réglée proche de la limite acceptable en courant dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance, afin d’assurer sa protection. La limite acceptable en courant correspond à un maximum de courant défini dans les données fournies par le fabricant du composant électronique de coupure de puissance.
[0020] La valeur seuil prédéterminée devra également être préférentiellement suffisamment élevée afin de ne pas générer de déclenchements intempestifs dans l’installation électrique. Autrement dit, la valeur seuil prédéterminée est sélectionnée pour ne pas interférer avec la courbe disjoncteur choisie par l’utilisateur.
[0021 ] L’onde de choc peut être une onde 8/20 microsecondes ou 1 ,2/50 microsecondes.
[0022] Le capteur de courant 1 peut consister en un shunt de mesure ou un enroulement de Rogowski ou un transformateur de courant ou un capteur à effet Hall ou similaire.
[0023] L’alimentation électrique 7 peut consister en un convertisseur AC/DC non isolé et être reliée électriquement en parallèle entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N.
[0024] De préférence, ledit au moins un composant électronique de coupure comprend au moins un transistor de puissance, préférentiellement deux transistors de puissance. Les deux transistors de puissance sont de préférence montés en série, par exemple de façon tête-bêche, sur la ligne de courant de phase L.
[0025] Par exemple, ce transistor de puissance peut consister en un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champs. Il est piloté par le driver 6 décrit ci- après de manière à conduire ou non le courant électrique.
[0026] Le capteur de courant 1 est de préférence un shunt de mesure, situé entre les deux transistors et relié de préférence en série. [0027] De préférence et comme l’illustrent les figures 1 à 4, ledit déclencheur analogique de protection 4 comprend au moins un driver 6, configuré au moins pour piloter ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure électronique 3 et, comprenant au moins une première borne d’entrée 61 reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2 et une borne de sortie 62 reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3.
[0028] Avantageusement, le driver 6 réalise une fonction de pilotage en déclenchement et permet ainsi de piloter ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure électronique 3. En particulier, ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance peut être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure.
[0029] Selon une première variante de réalisation de l’invention et comme l’illustrent les figures 1 et 2, le driver 6 comprend en outre une deuxième borne d’entrée 63 reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3 et le driver 6 est en outre configuré pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à la valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection.
[0030] Avantageusement, le driver 6 intègre en plus de la fonction de pilotage en déclenchement, une fonction de comparaison également appelée communément protection contre la désaturation.
[0031 ] Selon une première possibilité de la première variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 1 , l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminée comprenant au moins une diode 8 de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite deuxième borne d’entrée 63 du driver 6 et la borne 30 de ladite unité de coupure électronique de coupure 3. Dans ce cas, le driver 6 est configuré pour générer une tension qui correspond à la valeur seuil prédéterminée. [0032] Avantageusement, cette configuration permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée. La diode 8 est de préférence une diode Zener. Ce montage électrique présente l’avantage d’être analogique.
[0033] Selon une deuxième possibilité de la première variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 2, le driver 6 comprend une troisième borne d’entrée 64 reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2, de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection 2.
[0034] Avantageusement, le déclencheur électronique de protection 2 permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée de manière électronique.
[0035] Selon une deuxième variante de réalisation de l’invention et comme l’illustrent les figures 3 et 4, ledit déclencheur analogique de protection 4 comprend en outre au moins une unité de comparaison 5 comprenant une première borne d’entrée 51 , une deuxième borne d’entrée 52 et une borne de sortie 53. Ladite première borne d’entrée 51 est reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3 et ladite borne de sortie 53 est reliée électriquement à une deuxième borne d’entrée 63 que comprend le driver 6. Et ladite unité de comparaison 5 est configurée pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à ladite valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre le deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection.
[0036] Avantageusement, l’unité de comparaison 5 réalise une fonction de comparaison. L’unité de comparaison 5 peut comprendre un comparateur.
[0037] Selon une première possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 3, l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminé comprenant au moins une diode 8 de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite première borne d’entrée 51 de ladite unité de comparaison 5 et la borne 30 de ladite unité de coupure électronique de coupure 3. Dans ce cas, l’unité de comparaison 5 comprend préférentiellement une deuxième borne d’entrée 52 reliée à un régulateur de tension ou un pont diviseur de tension ou équivalent afin de générer la tension voulue qui correspond à la valeur seuil prédéterminée.
[0038] Avantageusement, cette configuration permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée. La diode 8 est de préférence une diode Zener. Ce montage électrique présente l’avantage d’être analogique.
[0039] Selon une deuxième possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 4, ladite deuxième borne d’entrée 52 de ladite unité de comparaison 5 est reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2, de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection 2.
[0040] Avantageusement, le déclencheur électronique de protection 2 permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée de manière électronique.
[0041 ] De préférence, le déclencheur électronique de protection 2 selon l’invention comprend au moins un microcontrôleur configuré au moins pour traiter ledit signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L et le cas échéant à émettre ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut, le microcontrôleur ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde.
[0042] Le microcontrôleur peut également être prévu pour assurer les fonctions de mesure, la communication, en plus de la détection de défaut. Dans tous les cas, il n’est pas prévu pour détecter des défauts de type court-circuit ou onde de choc CEM. En effet, ce dernier n’est pas suffisamment puissant et rapide pour effectuer cette tâche.
[0043] De préférence, l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention comprend un boîtier au format modulaire, c’est-à-dire dont le format est de préférence conforme à la norme UTE C61 -920.
[0044] L’invention permet ainsi de réaliser un appareillage de protection à coupure électronique au format modulaire ayant un coût et un encombrement qui sont limités sans avoir à sélectionner un déclencheur électronique de protection 2 qui soit capable de détecter des défauts dits rapides, ce qui augmenterai fortement le coût de fabrication.
[0045] De préférence, ledit boîtier présente une forme globalement parallélépipédique avec une première face principale et une deuxième face principale, et des faces latérales, respectivement arrière, inférieure, avant et supérieure s'étendant de l'une à l'autre des première et deuxième faces principales, et avec une largeur, c'est-à- dire l'écart entre les première et deuxième faces principales, égale à un nombre entier de fois une distance prédéterminée, appelée module.
[0046] De préférence, en cas de détection d’un défaut par le déclencheur analogique de protection 4, le driver 6 est configuré pour piloter l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure 3 et pour transmettre un signal au déclencheur électronique de protection 2 pour l’informer de la présence d’un défaut.
[0047] Pour ce faire, le driver 6 peut passer instantanément la commande du composant électronique de préférence un transistor à zéro. Le driver 6 peut également envoyer un signal au déclencheur électronique de protection 2, de préférence un microcontrôleur, pour l’informer de la présence d’un défaut.
[0048] De préférence et de manière alternative, en cas de détection d’un défaut par le déclencheur analogique de protection 4, le driver 6 est configuré pour piloter l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure 3 et l’unité de comparaison 5 est configurée pour transmettre un signal au déclencheur électronique de protection 2 pour l’informer de la présence d’un défaut.
[0049] Pour ce faire, le driver 6 peut passer instantanément la commande du composant électronique de préférence un transistor à zéro. L’unité de comparaison peut quant à elle envoyer un signal au déclencheur électronique de protection 2, de préférence un microcontrôleur, pour l’informer de la présence d’un défaut.
[0050] De préférence, l’unité de coupure électronique 3 comprend une masse M qui est locale. Ainsi, la masse M ne correspond pas à une masse du circuit formé par la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. [0051 ] De préférence, le déclencheur analogique de protection 4 comprend une masse M qui est locale.
[0052] De préférence, l’unité de comparaison 5 comprend une masse M qui est locale.
[0053] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Appareillage de protection à coupure électronique comprenant au moins :
- au moins une ligne de courant de phase (L) et une ligne de courant de neutre (N),
- au moins un capteur de courant (1 ) apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase (L) et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase (L),
- un déclencheur électronique de protection (2) relié électriquement avec ledit capteur de courant (1 ) et, apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un premier signal de commande (D1 ) de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection (2) ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde,
- une unité de coupure électronique (3) comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase (L), caractérisé en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend un déclencheur analogique de protection (4), configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31 ) de l’unité de coupure électronique (3), relié à l’unité de coupure électronique (3), et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31 ) de l’unité de coupure électronique (3) à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection (4) ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, en ce que ladite unité de coupure électronique (3) est apte et destinée au moins à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande (D1 ) de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure, et en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend en outre une alimentation électrique (7) configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection (2) et le déclencheur analogique de protection (4).
[Revendication 2] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 1 , caractérisé en ce ledit déclencheur analogique de protection (4) comprend au moins un driver (6), configuré au moins pour piloter ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure électronique (3) et, comprenant au moins une première borne d’entrée (61 ) reliée électriquement au déclencheur électronique de protection (2) et une borne de sortie (62) reliée électriquement à l’unité de coupure électronique (3).
[Revendication 3] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit driver (6) comprend en outre une deuxième borne d’entrée (63) reliée électriquement à l’unité de coupure électronique (3) et en ce que le driver (6) est en outre configuré pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31 ) de l’unité de coupure électronique (3) à la valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre ledit deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection.
[Revendication 4] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminé comprenant au moins une diode (8) de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite deuxième borne d’entrée (63) du driver (6) et la borne (30) de ladite unité de coupure électronique de coupure (3).
[Revendication 5] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le driver (6) comprend une troisième borne d’entrée (64) reliée électriquement au déclencheur électronique de protection (2), de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection (2). 14
[Revendication 6] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit déclencheur analogique de protection (4) comprend en outre au moins une unité de comparaison (5) comprenant une première borne d’entrée (51 ), une deuxième borne d’entrée
(52) et une borne de sortie (53), ladite première d’entrée (51 ) étant reliée électriquement à l’unité de coupure électronique (3) et ladite borne de sortie
(53) étant reliée électriquement à une deuxième borne d’entrée (63) que comprend le driver (6) et en ce que ladite unité de comparaison (5) est configurée pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes (30, 31 ) de l’unité de coupure électronique (3) à ladite valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre le deuxième signal de commande (D2) de déclenchement de protection.
[Revendication 7] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminé comprenant au moins une diode (8) de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite première borne d’entrée (51 ) de ladite unité de comparaison (5) et la borne (30) de ladite unité de coupure électronique de coupure (3).
[Revendication 8] Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite deuxième borne d’entrée (52) de ladite unité de comparaison (5) est reliée électriquement au déclencheur électronique de protection (2), de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection (2).
[Revendication 9] Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le déclencheur électronique de protection (2) comprend au moins un microcontrôleur configuré au moins pour traiter ledit signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase (L) et le cas échéant à émettre ledit premier signal de commande (D1 ) de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut, le microcontrôleur ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde. 15
[Revendication 10] Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend un boîtier au format modulaire.
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