FR2461387A1 - Disjoncteur de circuit a detection d'erreur sur une seule phase - Google Patents

Abstract

A.DISJONCTEUR DE CIRCUIT A DETECTION D'ERREUR SUR UNE SEULE PHASE. B.APPAREIL CARACTERISE PAR DES TRANSFORMATEURS CT1, CT2, CT3 ASSOCIES A CHAQUE LIGNE L1, L2, L3 A PROTEGER, FOURNISSANT DES SIGNAUX A DES REDRESSEURS DB1, DB2, DB3 POUR LES COMBINER ET LES FOURNIR A UN DETECTEUR CR, RR, AMP, LD QUI FOURNIT UN SIGNAL DE SORTIE ATTAQUANT UN MOYEN DE DECLENCHEMENT LDE DU DISJONCTEUR CB DU RESEAU. C.L'INVENTION S'APPLIQUE A DES RESEAUX DE COURANT ELECTRIQUE ALTERNATIF.

Description

La présente invention concerne un disjoncteur de circuit à détection

d'erreur sur une seule phase, et notamment un disjoncteur permettant de déceler des

erreurs sur trois phases et sur une seule phase. Les disjonc-

teurs à commande électronique qui peuvent être mis en oeuvre par un courant d'erreur, d'une amplitude prédéterminée dans la ligne à protéger, sont bien connus dans la technique. On connait par exemple le disjoncteur décrit au brevet U.S. 3 818 275. Les disjoncteurs de ce type sont très largement et très diversement utilisés dans l'industrie. Certains des disjoncteurs sont utilisés dans les mines.Toutefois, dans ce domaine d'application, dans les machines mobiles telles que des véhicules faisant la 'navette, des machines de minage en continu etc, l'alimentation électrique se fait par des câbles tralnés. Les limites des réglages de déclenchement maximum autorisés des disjoncteurs qui protègent ces câbles sont

définies dans beaucoup de cas par des réglementations gouver-

nementales. Souvent, le réglage maximum autorisé pour un

câble de dimensions particulières, est fixé à un niveau tel-

lement faible que le disjoncteur peut se déclencher par erreur lors du démarrage ou de l'arrêt de moteurs de grandes dimensions sur les machines. Il serait avantageux de créer des disjoncteurs satisfaisant aux réglementations sans être

soumis à des déclenchements erronés.

La présente invention concerne de façon générale un détecteur de phase déséquillibrée pour détecter

une surintensité dans une seule phase dans une charge polypha-

sée reliée à un réseau de courant électrique polyphasé, ce

dispositif coopérant avec un circuit de déclenchement discrimi-

natoire comportant un moyen pour contrôler le courant dans chaque phase de la charge polyphasée et pour créer un signal

alternatif pour chaque phase, pour redresser les signaux al-

ternatifs et appliquer les signaux redressés, en série, et donner un signal de sortie, continu, comportant des ondulations provoquées par les états de surintensité dans une phase sur la charge polyphasée, un moyen de détection détectant le signal de sortie continu, un moyen relié au moyen de détection pour donner en réponse de ce signal de sortie continu un signal de manoeuvre de déclenchement seulement si le signal de sortie continu est supérieur à un seuil ou une limite prédéterminés

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et un moyen de réception recevant le signal de manoeuvre de déclenchement pour la bobine de déclenchement du disjoncteur

afin d'isoler la charge polyphasée.

Selon un mode de réalisation préféren-

tiel, le disjoncteur à commande électronique permet de distin- guer entre une erreur par exemple sur trois phases et une erreur sur une seule phase. On a déterminé empiriquement que la plupart des erreurs sont par nature des erreurs sur une seule phase, dans l'industrie minière, c'est-à-dire que l'erreur se produit soit d'une ligne à une autre ou entre une ligne et la masse. Par ailleurs, dans les systèmes triphasés, les courants de démarrage des moteurs tendent à être des courants triphasés, c'est-à-dire que le courant de démarrage est pratiquement égal dans chaque phase; la présente invention distingue entre une erreur dans laquelle il est souhaitable de commander le fonctionnement du disjoncteur et une situation de démarrage ou analogue, pour laquelle il est souhaitable de retarder le fonctionnement du disjoncteur. Cela se fait à l'aide d'un système de commande de disjoncteur qui déclenche le disjoncteur à un niveau plus faible dans le cas d'une erreur monophase que le seuil prévu pour une erreur polyphase. La

détection de l'erreur monophase par rapport à l'erreur poly-

phase dépend du redressement et de la mise en oeuvre des

courant triphasés, et la détection du courant ondulant résul-

tant. Les incidents monophases ont sensiblement six fois plus d'ondulations que les incidents triphasés, équilibrés, de même type. En plaçant un montage en série d'une résistance et un condensateur entre la borne de la résistance de calibrage d'un disjoncteur tel que celui du brevet U.S. 3 818 275, on

a un moyen pour mesurer l'ondulation et déterminer si l'inci-

dent est un incident triphase ou un incident monophase. La détermination dépend du degré d'ondulation. La tension continue équivalente au courant redressé est en général appliquée aux bornes de l'élément capacitif et une composante équivalente de tension d'cndiilatiorL est généralement appliquée sur le montage en série relié à l'élément résistant. En conséquence,

même si l'amplitude de l'incident, qu'il s'agisse d'un inci-

dent triphase ou monophase, est le même, la composante. d'ondu-

lation appliquée aux bornes de l'élément résistant peut être-

notablement différente. Cette composante d'ondulation est

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:3

appliquée comme signal d'entrée à un amplificateur différen-

tiel comportant éventuellement un réseau de réactions sensible

à la fréquence.

Il est bien connu que la fréquence d'on-

dulation monophase est en général de 120 Hz (100 Hz) alors que la fréquence d'ondulation triphase est en général de 360 Hz (300 Hz) dans un réseau triphasé 60 Hz (50 Hz). En conséquence, si le réseau de réaction sensible à un point de rupture qui se situe entre la fréquence d'ondulation monophase de 120 Hz et la fréquence d'ondulation triphasé de 360 Hz, il faut une discrimination entre les incidents monophase et les incidents triphase. La sortie de l'amplificateur s'obtient par un réseau de temporisation pour la partie de déclenchement du circuit

électronique qui commande le disjoncteur. Le réseau de tempo-

risation fournit même un moyen supplémentaire comme protection contre le déclenchement erroné lors d'un démarrage, en retardant le déclenchement pendant un temps relativement court, de façon à éviter le déclenchement à mesure que le courant de

démarrage diminue.

La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un circuit

d'un disjoncteur triphase et d'un système de commande électro-

nique susceptible de déceler un incident monophase ou un inci-

dent triphasé.

- la figure 2 donne des éléments de comparaison pour diverses courbes d'intensité pour un niveau

de déclenchement donné de l'appareil de la figure 1.

- la figure 3Amontre les ondulations

continues qui apparaissent aux bornes d'un élément de détec-

tion d'ondulations dans le cas d'un incident monophase.

- la figure 3B montre les ondulations continues qui apparaissent aux bornes de l'élément de détection des ondulations dans le cas de surintensité équilibrée ou

d'incidents.

Selon les dessins, et notamment la figure 1, le disjoncteur 10, à détection d'incidents à commande électronique, permet de distinguer entre un incident monophase et un incident triphase, dans certaines circonstances. Le disjoncteur 10 est utilisé pour contrôler et protéger les lignes

électriques LI, L2 et L3 traversées par des courants d'intensi-

té Is, 12 et I3. Ces courants sont contrulés par des transfor-

mateurs d'intensité CTI, CT2, CT3. Le transformateur d'inten-

sité CTI est monté dans un pont à diodes DBI, pleine onde; le transformateur d'intensité CT2 est relié au pont à diodes, pleine onde DB2, et le transformateur d'intensité CT3 est branché sur le pont à diodes pleine onde DB3. Les sorties des ponts à diodes pleine onde DB1, DB2, DB3 sont branchées en série et donnent une sortie à deux bornes sur H et D. Le

courant fourni par le pont à diodes porte la référence Il.

Les lignes LI, L2, L3 sont protégées par le disjoncteur CB qui comporte trois contacts principaux, distincts, reliés

par un mécanisme de commande 34 avec une bobine de déclenche-

ment TCI. La borne H est reliée par la ligne PL à l'un des cibtés de la bobine de déclenchement TCI. L'autre côté de la bobine de déclenchement TCl est relié simultanément à l'anode d'un redresseur au silicium, commandé, ou autre moyen formant une porte, QI, la cathode-de la diode DI sur la ligne 32, la

cathode de la diode D5 et à la base du transistor Q2.

L.autre ctté ou cathode du redresseur commandé QI est relié par la ligne 16 à la borne D décrite précédemment. Le point H est relié à une borne d'une résistance fixe RI dont l'autre borne est reliée en même temps à la borne T de la résistance

de calibrage R et à la borne de réglage de la diode ZD1.

L'autre borne T de la résistance R

est reliée à une alimentation commandée par le courant PS.

L'autre borne de l'alimentation PS est reliée à la borne D pour fermer le montage en série entre l'alimentation PS et les trois ponts à diodes DBI.. . DB3. La jonction entre la résistance RI et la résistance R est reliée aux éléments suivants Une borne de la résistance Rr Une borne de la résistance R3 Une borne de la diode Zener ZD4 Une borne de la diode Zener ZD3 Une borne du condensateur C2 Une borne d'entrée d'un circuit de temporisation longue. LD

Une borne d'entrée d'un circuit magné-

tique MG 246 138 t Une borne d'un condensateur CI

Une borne d'un détecteur de niveau LDE..

L'autre borne de la résistance Rr est reliée simultanément à une borne de la résistance R2 et à une borne du condensateur Cr. L'autre borne du condensateur Cr est reliée à l'autre borne de la résistance R. L'autre coté de la résistance R2 est relié à l'entrée positive (+) de l'amplificateur AMP. L'autre borne de la résistance R3 est

reliée simultanément à l'entrée négative (-) de l'amplifica-

teur AMP mentionné précédemment, à une borne de la résistance R6 et à une borne de la résistance R7. L'autre borne de la résistance R6 est reliée à une borne d'un condensateur C3 dont l'autre borne est reliée à l'autre ctté de la résistance

R7 et à la sortie de l'amplificateur AMP. La sortie de l'ampli-

ficateur AMP est égelement reliée à la cathode de la diode

D2 dont l'anode est reliée à une borne de la résistance R5.

L'autre borne de la résistance R5 est reliée à l'autre borne

du condensateur C2, ainsi qu'à la cathode de la diode D4.

L'anode de la diode D4 est branchée pour constituer l'entrée du détecteur de niveau LDE et à l'anode de la diode D3; la cathode de la diode D3 est reliée à la sortie 20 du circuit magnétique MG. Une ligne de sortie d'alimentation 41 de l'alimentation PS est reliée par la borne C à une borne du circuit de temporisation longue LD à une

entrée du circuit magnétique MG et à la seconde borne du con-

densateur CI. Ce dernier point est relié à l'anode de la diode DI dont la cathode est reliée à la ligne 32. La diode Zener ZD2 est reliée par sa borne de régulation à la ligne PL et par son anode à la porte du transistor QI. Ce dernier

point est relié à une borne d'une résistance R9 et à la sor-

tie du circuit de temporisation longue LD. L'autre borne de la résistance R9 est reliée à la sortie du détecteur de niveau LDE. L'émetteur du transistor Q2 est relié à la ligne 16 et son collecteur est relié à une borne de la résistance R8 dont l'autre borne est reliée à l'anode de la diode Zener

ZD3 et à une borne d'alimentation de l'amplificateur AMP.

L'autre borne ou borne de régulation

de la diode Zener ZD4 est reliée à une autre borne d'alimenta-

tion de l'amplificateur AMP ainsi qu'à une borne de la résis-

tance A4 dont l'autre est reliée à la ligne PL. La sortie 42

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de l'alimentation PS est reliée-à une borne d'information

pour le circuit de temporisation longue LD.

FONCTIONNEMENT:

Lorsque les courants ILI... IL3 dans les lignes LI... L3 sont des courants normaux, c'est-à-dire qu'ils ne dépassent pas de 100% le calibrage du disjoncteur ZB, les transformateurs d'intensité CT1... CT3 donnent un signal de sortie sous.la forme du courant Il sur les bornes H et D. Cette intensité du courant traverse la résistance RI, la résistance R2 et l'alimentation PS sans provoquer de commande dans aucune des diverses parties du circuit 10. Si certaines ou toutes les intensités ILi augmentaient jusqu'à un niveau extrêmement élevé, la tension entre les bornes H et D deviendrait suffisante pour déclencher la diode Zener ZD2 et commander ainsi le passage du redresseur commandé QI, formant un chemin conducteur entre les bornes H et D passant

par la bobine de déclenchement TC1. Cela provoque un déclenche-

ment pratiquement instantané du disjoncteur CB comme cela est souhaité. Par ailleurs, si l'une des intensités ILI... IL3 a une très forte amplitude, mais qui n'est pas suffisante pour provoquer le déclenchement instantané du disjoncteur CB, la tension entre la borne B et la borne C sera suffisamment élevée pour commander le circuit magnétique MG après un léger retard, pour alimenter le détecteur de niveau LDE par la ligne 20 et la diode D3, et appliquer un signal de porte, à travers la

résistance R9 à la porte du redresseur commandé QI; on commande---

ainsi la bobine de déclenchement TC1 comme cela a été décrit.

Le détecteur de niveau LDE nécessite une valeur minimale de tension sur la ligne 20 pour que la

commande puisse se faire à travers la résistance R9. Si l'in-

tensité des courants de ligne ILI... IL3 ou l'une des intensi-

tés est supérieure au courant de calibrage, tout en étant

relativement en-dessous du courant existant dans les situations-

décrites précédemment, le circuit de temporisation longue LD

est commandé par les bornes B, C, 42, et actionne la bobine de -

déclenchement TC1 qui déclenche le disjoncteur CB en alimen-

tant la porte du redresseur commandé Qi, après un temps pro-

portionnel à l'inverse du carré de la plus grande amplitude des courants ILI... IL3; plus l'intensité du courant dépasse

la valeur calibrée et plus rapidement se déclenchera le dis-

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joncteur. Il est souhaitable de déclencher le disjoncteur CB s'il existe un incident non intentionnel dans l'une des lignes

ILI... IL3, mais qu'on ne souhaite pas prématurément déclen-

cher le disjoncteur CB si les courants ILI... IL3 ne repré-

sentent qu'une intensité transitoire ou un courant de démarrage, comme cela peut se produire, par exemple, au démarrage d'une machine. L'autre partie du circuit 10 sert à cet effet. Si l'intensité de surcharge correspond généralement à un démarrage, l'amplitude du courant de surcharge est en général égale ou

analogue dans les différentes lignes ILI, IL2, IL3.

Toutefois, en cas d'incident, c'est-à-

dire un incident déséquillibré dans l'une des lignes LI, L2,

L3, avec l'une des intensités ILI, IL2, IL3, notablement supé-

rieures à l'intensité dans les autres lignes, il s'agit d'un incident monophase. Quelque soit le type d'intensité d'incident que l'on détecte, il en résulte une tension entre les bornes

T, T de la résistance R. La combinaison en série de la résis-

tance Rr et du condensateur Cr agit sous la forme de la courbe - de la tension, si bien que le niveau continu chute aux bornes du condensateur Cr et cette valeur alternative est appliquée aux bornes de la résistance Rr. Cette dernière teinsion agit

sur la borne 41 de l'alimentation PS pour charger le conden-

sateur CI jusqu'à la valeur maximale pour le courant détecté dans tout intervalle de temps court. Il est clair qu'à ce niveau l'invention ne permet pas de supprimer totalement toutes

les situations de déclenchement aléatoires, mais statistique-

ment l'invention permet de réduire le nombre de déclenchements aléatoires en tentant de distinguer entre des incidents monophases et des incidents multiphases ou triphasés. On peut supposer en général que si,ni le circuit magnétique MG, ni le circuit de temporisation longue LD ou le circuit instantané correspondant à la diode Zener ZDg.ne sont mis en oeuvre, les autres parties du circuit donnent le signal de déclenchement pour un état de surcharge. Si la valeur maximale de la tension aux bornes de la résistance Rr est grande, soit à cause d'un incident monophase ou d'un incident triphase, cela commande l'amplificateur AMP qui déclenche le disjoncteur CB. Si la composante d'ondulation appliquée aux bornes de la résistance Rr est relativement faible pour une plage donnée d'intensité d'incident, cela indique un incident triphase. Si par ailleurs

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la composante alternative est relativement élevée pour la même plage, cela indique un incident monophase. En général, un courant de démarrage triphasé ne produit pas une ondulation d'amplitude suffisante pour que la tension aux bornes de la résistance Rr soit suffisamment élevée pour commander l'ampli- ficateur AMP. Toutefois, pour un incident monophase, étant donné le choix dés valeurs de Cr et Rr, cet incident commande l'amplificateur AMP car il y a une tension d'ondulation plus élevée. Lorsque la tension maximale entre la borne positive (+) et la borne négative (-) de l'amplificateur AMP atteint une valeur notablement élevée, l'amplificateur opérationnel AMP déclenche la diode D2 et par la résistance R5 et la diode D4, le circuit commence à mettre en ouevre le détecteur de niveau LIU de façon analogue à ce qui a été décrit. Toutefois le fonctionnement sera retardé légèrement par le condensateur C2. En outre, si le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel n'est pas de l'ordre de 360 Hz (300 Hz) qui est lié à l'ondulation triphase qui représente à son tour un courant de démarrage, l'accord entre les résistances R6, R7

et le condensateur C3 n'agit pas sur la sortie de l'amplifi-

cateur de façon que la sortie tente de diminuer, toutes les autres choses restant par ailleurs égales. Si, dans un autre cas, la fréquence de la tension de sortie de l'amplificateur AMP est approximativement égale à 120 Hz qui correspond à un incident monophase, l'accord entre les résistances R6, R7 et le condensateur C3 est telle que le signal à la sortie de l'amplificateur AMP tend à augmenter toute autre chose restant égales. Cette dernière situation correspond à un incidentnon-recherché qui ne peut s'utiliser pour alimenter l'enroulement de déclenchement TCI, alors que le précédent ne le fait pas. En conséquence, on voit qu'il y a un nombre

important de fonctions dans le circuit entourant l'amplifi-

cateur AMP.

En premier lieu, l'incident monophase d'une amplitude donnée tend à déclencher le disjoncteur CB

alors q'An incident triphase de même amplitude ne le fait pas.

Cela est intéressant dans le cas présent. L'effet à une

situation de démarrage est compensé légèrement par le conden-

sateur C2 qui retarde le signal de sortie de l'amplificateur AMP permettant à son tour une correction naturelle. L'accord

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des résistances R6, R7 et du condensateur C3 tend à augmenter le déclenchement pour un incident monophase et à retarder le déclenchement dans le cas d'un incident triphase pour des

incidents d'amplitude sensiblement identique. La borne d'ali-

mentation de l'amplificateur AMP associée à la résistance R8 et à la diode Zener ZD3 est telle que l'amplificateur est mis en oeuvre lorsque le thyristor QI est au repos. Toutefois, lorsque cela se produit la chute de tension est à un niveau suffisamment faible pour bloquer le transistor Q2 et couper

l'alimentation de l'amplificateur AMP en mettant cet amplifi-

cateur au repos. Cela signifie qu'après que le circuit se soit assuré qu'une situation de déclenchement existe, toute la puissance fournie par les ponts à diodes DB1... DB3 passe par la ligne PL pour augmenter la puissance de déclenchement

du disjoncteur CB.

La figure 2 montre un niveau de déclen-

chement TL pour un disjoncteur CB; ce niveau peut se choisir de façon que la valeur maximale de l'intensité d'incident triphasé M.V.T.P. ne dépasse pas ce niveau et ne provoque pas

de déclenchement. Par ailleurs, toutes les amplitudes de l'in-

tensité d'incidents monophases entre les valeurs TL et M.V.S.P.

provoquent le déclenchement comme cela est voulu. La forme de la courbe pour le courant transitoire de démarrage intitulé

TRAIN montre que l'on peut utiliser un retard approprié DM.

Les figures 3A, 3B montrent que là composan-

te d'ondulation de latension redresséeaux bornes de la résis-

tance R est accentuée dans le cas d'un incident monophase, alors que cette ondulation est beaucoup moins importante pour des situations de surcharge équillibrée. Pour des surcharges équillibrées, la composante continue prédomine et la composante

d'ondulation est relativement moins prononcée.

Il est clair que les caractéristiques

générales exposées dans le cas particulier au mode de réalisa-

tion de l'invention peuvent s'utiliser à d'autres traitements que des traitements triphasé. Il est également clair que le circuit magnétique, le circuit de temporisation longue ou le circuit instantané associé à la diode Zener DI ne sont pas nécessaires ni en totalité, ni en partie pour que la présente invention puisse se mettre en oeuvre. Les mêmes réserves s'appliquent aux différentes polarités des dispositifs statiques qui ne constituent pas une limite à condition que les composants du circuit soient orientés de façon appropriée pour avoir le

fonctionnement correct.

L'appareil selon l'invention présente de nombreux avantages. L'un des avantages est de réduire au minimum l'influence du courant de démarrage, par exemple dans une installation minière, sur les disjoncteurs, sans influencer

la réponse opérationnelle nécessaire pour des incidents mono-

phases. Un autre avantage réside dans le fait qu'il y a un élément de temporisation qui retarde le déclenchement dans le cas d'un courant de démarrage. Un autre avantage est qu'il y a un réseau de réactions pour l'amplificateur opérationnel,

qui est accordé pour que le point de déclenchement de l'ampli-

ficateur opérationnel se situe entre la fréquence du courant

d'ondulation monophase pour lequel il est intéressant de comman-

der le déclenchement, et la fréquence d'ondulation polyphases

pour laquelle on ne souhaite pas commander le déclenchement.

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Claims (3)

REVENDICATIONS

1 ) Appareil de détection de déséqui-

libre de phase pour détecter une surintensité monophase dans une charge polyphase reliée à un réseau polyphase, avec un circuit de déclenchement discriminatoire, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (CTI, CT2, CT3) pour contr8ler le courant dans chacune des phases de la charge polyphase pour créer un signal alternatif associé à chaque phase, un moyen (DB1, DB2, DB3 pour redresser les signaux alternatifs et mettre en série les signaux redressés pour donner un signal de sortie,

continu, qui contient des ondulations provoquées par les sur-.

intensités monophases dans la charge polyphase, un moyen de détection (Cr, Rr, AMP, LD) pour détecter le signal de sortie, continu, un moyen(LDE) relié au moyen de détection pour donner un signal de déclenchement en réponse au signal de sortie continu, seulement si le signal continu dépasse une limite: prédéterminée et un moyen de réception CB recevant le signal de déclenchement pour le disjoncteur pour couper la bobine et isoler la charge polyphase. 20) Appareil selon la revendication 1-, caractérisé par un moyen de temporisation (LD) introduisant un

retard prédéterminé dans la création du signal de déclenchement.

3 ) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection se compose d'une résistance (R) avec, en parallèle, un circuit formé par le montage en série d'un condensateur (Cr) et d'une résistance (Rr) ) Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen de réception reçoit la chute de

tension aux bornes de la résistance dans le montage en parallèle.

5 ) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le condensateur et la résistance du

circuit en parallèle sont choisis pour l'impédance du conden-

sateur au triple de la fréquence d'alimentation polyphase et que l'impédance propre de la résistance du circuit monté en parallèle soit chacune notablement plus grande que la valeur

de la résistance du moyen de détection.

) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de déclenchement reçoit l'énergie électrique pour déclencher par l'intermédiaire du

signal de déclenchement et ne nécessite pas de source d'alimen-

tation extérieure pour assurer le déclenchement.