FR2500210A1 - Safety trip switch for mains supply - includes relay sensing potential different between mains earth and local earth to operate trip mechanisms - Google Patents

Safety trip switch for mains supply - includes relay sensing potential different between mains earth and local earth to operate trip mechanisms Download PDF

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Abstract

The circuit controls a trip switch and includes connections to both the earth contact of the mains supply, and the local earth contact at the consumer unit. Under normal conditions, there is no potential difference between these two points. The connections are taken into a rectifier and the rectified output, if any exists, is applied to the coil operating a relay switch. This relay switch connects a further coil between the live and the neutral conductors of the mains supply. The second coil acts to open switch contacts in both the live and neutral wires from the mains supply. A test switch derives current via diodes from the live and neutral wires and via a resistor to achieve the same effect.

Description

La présente invention concerne les alimentations électriques de sécurité. The present invention relates to safety electrical power supplies.

Le réseau usuel de distribution d'énergie électrique comporte classiquement trois conducteurs actifs dits"de phase" et un conducteur dit neutre, plus un conducteur de terre, le conducteur neutre étant relié à la terre au niveau du transformateur de chaque secteur. The usual electrical energy distribution network conventionally comprises three active conductors called "phase" and a so-called neutral conductor, plus an earth conductor, the neutral conductor being connected to earth at the transformer in each sector.

Ainsi, chez tout utilisateur, une prise de courant prévue pour alimenter un appareil monophasé comprend deux bornes reliées respectivement à l'un des conducteurs de phase et au conducteur de neutre, plus une troisième borne dite de terre destinée à être connectée à la masse de l'appareil et reliée à une masse locale. Thus, for any user, a socket intended to supply a single-phase device comprises two terminals connected respectively to one of the phase conductors and to the neutral conductor, plus a third so-called earth terminal intended to be connected to the ground of the device and connected to a local ground.

Pour éviter tout risque d'électrocution lorsqu'une personne mal isolée de la terre vient à toucher ledit conducteur de phase, on a proposé des dispositifs de sécurité comprenant un disjoncteur monté sur au moins la ligne dudit conducteur de phase, et susceptible d'interrompre au moins l'alimentation de la première borne correspondante, et d'un circuit de commande de disjoncteur. To avoid any risk of electrocution when a person badly isolated from the earth comes to touch said phase conductor, safety devices have been proposed comprising a circuit breaker mounted on at least the line of said phase conductor, and capable of interrupting at least the supply of the first corresponding terminal, and of a circuit breaker control circuit.

Le circuit de commande de disjoncteur a pour but de détecter les fuites de courant dépassant une valeur de seuil assez faible (inférieur à 30mA sous 220 Volts alternatifs) entre le conducteur de phase et la troisième borne de masse locale. A cette fin, ce circuit de commande est sensible à la différence de potentiel existant entre la masse locale et la terre lors du passage dudit courant, et due au fait que la résistance entre ces deux points n'est pas nulle. The purpose of the circuit breaker control circuit is to detect current leaks exceeding a fairly low threshold value (less than 30 mA at 220 V AC) between the phase conductor and the third local ground terminal. To this end, this control circuit is sensitive to the difference in potential existing between the local ground and the earth during the passage of said current, and due to the fact that the resistance between these two points is not zero.

On a ainsi proposé des circuits de commande utilisant des dispositifs semi-conducteurs formant interrupteurs commandés, tels que des thyristors. Ces dispositifs proposés Jusqu'à présent ne travaillent, toutefois, que sur l'une des deux alternances de courant de défaut. Control circuits have thus been proposed using semiconductor devices forming controlled switches, such as thyristors. These devices proposed Up to now, however, only work on one of the two alternating fault current.

Il en résulte que ces dispositifs ne présentent pas une sécurité complète. En effet, il est fréquent queles appareils électroniques qui sont utilisés désormais dans les domaines techniques les plus divers produisent des défauts polarisés qui risquent de ne pas être détectés par le circuit de commande sensible à l'une seulement des deux alternances. As a result, these devices do not offer complete security. Indeed, it is frequent that the electronic devices which are now used in the most diverse technical fields produce polarized faults which risk not being detected by the control circuit sensitive to only one of the two half-waves.

Le problème posé de réaliser des alimentations électriques présentant une bonne sécurité et donc une sensibilité suffisante au courant de défaut, quelle que soit l'alternance, et qui soient de réalisation simple et économique, est imparfaitement résolu à nos jours. The problem posed of producing electrical supplies with good security and therefore sufficient sensitivity to the fault current, whatever the alternation, and which are simple and economical to produce, is imperfectly resolved today.

La présente invention vient améliorer la situation en proposant un circuit de commande de disjoncteur formé d'un pont redresseur dont les entrées sont reliées respectivement à un point de potentiel zéro de la terre générale et à la troisième borne, de masse locale, et dont les sorties + et - alimentent le bobinage d'un relais dont le contact est branché en série de l'enroulement du disjoncteur. The present invention improves the situation by proposing a circuit breaker control circuit formed by a rectifier bridge whose inputs are respectively connected to a point of zero potential of the general earth and to the third terminal, of local ground, and whose outputs + and - supply the winding of a relay whose contact is connected in series with the winding of the circuit breaker.

Selon une caractéristique de la présente invention, le contact du relais et l'enroulement du disjoncteur sont connectés entre le conducteur de phase du réseau et le conducteur de neutre. According to a characteristic of the present invention, the contact of the relay and the winding of the circuit breaker are connected between the phase conductor of the network and the neutral conductor.

Selon une autre caractéristique de la présente invention, le dispositif d'alimentation comprend, en outre, un dispositif de test permettant de contrôler le branchement correct de la ligne de terre. According to another characteristic of the present invention, the supply device further comprises a test device making it possible to check the correct connection of the earth line.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif et dont la figure unique illustre le schéma de principe d'une alimentation électrique secteur à sécurité perfectionnée, conforme à la présente invention. Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows and with reference to the appended drawing given by way of nonlimiting example and the single figure of which illustrates the block diagram of an electrical supply. improved security sector, in accordance with the present invention.

Sur cette figure, on a schématiquement représenté en traits interrompus, d'une part, le poste d'alimentation secteur 1, d'autre part, un appareil d'utilisation 2 susceptible d'être branché sur le secteur. In this figure, there is schematically shown in dashed lines, on the one hand, the mains supply station 1, on the other hand, a user device 2 capable of being connected to the mains.

L'alimentation secteur monophasée représentée comporte un conducteur 3 de phase (PH), un conducteur 4 de neutre (N), et un conducteur 5 de terre (T). Ces trois conducteurs sont classiquement complétés de deux conducteurs de phase analogues aux conducteurs 3, pour former le réseau de distribution électrique arrivant chez tout usager.The single-phase mains supply shown comprises a phase conductor 3 (PH), a neutral conductor 4 (N), and a ground conductor 5 (T). These three conductors are conventionally supplemented by two phase conductors similar to conductors 3, to form the electrical distribution network arriving at any user.

L'appareil d'utilisation 2 représenté sur cette figure est du type monophasé. Il comporte, par conséquent, une borne 6 reliée au conducteur de phase 3, une borne 7 reliée au conducteur de neutre 4, ainsi qu'une borne de masse locale 8. Bien entendu, la présente invention sera aisément adaptée pour tout appareil du type triphasé comportant trois bornes reliées respectivement aux trois conducteurs de phase analogues au conducteur 3 représenté. The operating device 2 shown in this figure is of the single-phase type. It therefore includes a terminal 6 connected to the phase conductor 3, a terminal 7 connected to the neutral conductor 4, as well as a local earth terminal 8. Of course, the present invention will be easily adapted for any device of the type three-phase comprising three terminals connected respectively to the three phase conductors similar to the conductor 3 shown.

Un disjoncteur ou sectionneur 9 comporte deux contacts 91, 92 branchés respectivement en série entre le conducteur de phase 3 et le conducteur 6 de l'appareil d'utilisation, et le conducteur de neutre 4 et le conducteur 7 de l'appareil d'utilisation. Ces deux contacts 91 et 92 sont commandés à l'ouverture par l'excitation de l'enroulement 93 du sectionneur. L'excitation de cet enroulement 93 du sectionneur est réalisée par fermeture du contact 10, d'un relais 11, par l'intermédiaire duquel cet enroulement 93 est branché entre le conducteur de phase 3 et le conducteur de neutre 4, en aval des contacts 91 et 92. La fermeture du contact 10 est elle-même commandée par l'excitation du bobinage 12 du relais 11, comme il sera expliqué plus en détail dans la suite de la description. A circuit breaker or disconnector 9 has two contacts 91, 92 connected respectively in series between the phase conductor 3 and the conductor 6 of the operating device, and the neutral conductor 4 and the conductor 7 of the operating device . These two contacts 91 and 92 are controlled on opening by the excitation of the winding 93 of the disconnector. The excitation of this winding 93 of the disconnector is carried out by closing the contact 10, of a relay 11, by means of which this winding 93 is connected between the phase conductor 3 and the neutral conductor 4, downstream of the contacts 91 and 92. The closing of the contact 10 is itself controlled by the excitation of the winding 12 of the relay 11, as will be explained in more detail in the following description.

Un pont redresseur 13 possède ses deux entrées 14 et 15, respectivement reliées au conducteur de terre 5 et au conducteur de masse locale 8. Les deux sorties 16 et 17 de ce pont redresseur 13, qui correspondent respectivement aux sorties + et -, attaquent le bobinage 12 précédemment cité. A rectifier bridge 13 has its two inputs 14 and 15, respectively connected to the earth conductor 5 and to the local earth conductor 8. The two outputs 16 and 17 of this rectifier bridge 13, which correspond respectively to the + and - outputs, attack the winding 12 previously cited.

Un élément 18 à conduction non linéaire, tel qu'un varistor à oxyde métallique, est monté entre les entrées 14 et 15 du pont redresseur 13. Cet élément non linéaire 18 a pour but de limiter la tension susceptible d'apparaItre entre les bornes d'entrée du pont redresseur 13, afin d'éviter l'endommagement de celui-ci. A non-linear conduction element 18, such as a metal oxide varistor, is mounted between the inputs 14 and 15 of the rectifier bridge 13. The purpose of this non-linear element 18 is to limit the voltage likely to appear between the terminals d entry of the rectifier bridge 13, in order to avoid damaging it.

Le dispositif d'alimentation de la présente invention se compose, en outre, d'un dispositif de test comprenant deux diodes 19 et 20, dont les anodes sont respectivement reliées au conducteur arrivant aux bornes 6 et 7 de l'appareil d'utilisation, les deux cathodes de ces diodes 19 et 20 étant reliées entre elles. Les deux diodes 19 et 20 étant ainsi montées tête-beche, le point commun de ces deux cathodes est relié au conducteur arrivant sur la borne 8 de masse locale de l'appareil d'utilisation, par l'intermédiaire d'une résistance 21 et d'un bouton poussoir ou interrupteur 22. The power supply device of the present invention further consists of a test device comprising two diodes 19 and 20, the anodes of which are respectively connected to the conductor arriving at terminals 6 and 7 of the device for use, the two cathodes of these diodes 19 and 20 being interconnected. The two diodes 19 and 20 being thus mounted head-to-head, the common point of these two cathodes is connected to the conductor arriving at the terminal 8 of the local ground of the device of use, via a resistor 21 and a push button or switch 22.

Le fonctionnement du dispositif de la présente invention va maintenant être décrit plus en détail. The operation of the device of the present invention will now be described in more detail.

Dans les conditions normales d'utilisation, la borne de masse locale 8 de l'appareil d'utilisation 2, se trouve au même potentiel que le conducteur de terre 5 du poste d'alimentation secteur 1, le conducteur de phase 3 et la borne d'alimentation 6 correspondante de l'appareil d'utilisation étant correctement isolés de la masse. Under normal conditions of use, the local earth terminal 8 of the operating device 2 is at the same potential as the earth conductor 5 of the mains supply station 1, the phase conductor 3 and the terminal corresponding power supply 6 of the operating device being properly isolated from ground.

Par contre, dès qu'un courant s'écoule entre le conducteur de phase 3 et la borne 8 de masse locale, par exemple, lorsqu'une personne mal isolée de la terre touche ledit conducteur de phase 3, le potentiel au niveau de la borne 8 de masse locale devient différent de celui présent au niveau du conducteur de terre 5. Cette différence de potentiel présente entre le conducteur de terre 5 et la borne de masse locale 8, se trouve répercutée au niveau des entrées 14 et 15 du pont redresseur 13. Une tension continue apparaft, par conséquent, au niveau des sorties 16 et 17 du pont redresseur 13. La tension aux bornes de sortie 16 et 17 de ce pont redresseur 13, alimentant le bobinage 12 du relais 11, ferme le contact 10 , mettant sous tension l'enroulement 93 du sectionneur 9.On comprend qu'ainsi, l'ouverture des deux contacts 91 et 92 du sectionneur 9 est commandée, supprimant toute alimentation au niveau de l'appareil d'utilisation 2. Tout risque d'électrocution du manipulateur de l'appareil est donc évité. On the other hand, as soon as a current flows between the phase conductor 3 and the terminal 8 of local ground, for example, when a person badly isolated from the earth touches said phase conductor 3, the potential at the level of the terminal 8 of local ground becomes different from that present at the level of the ground conductor 5. This potential difference present between the ground conductor 5 and the local ground terminal 8, is reflected at the level of the inputs 14 and 15 of the rectifier bridge 13. A DC voltage therefore appears at the outputs 16 and 17 of the rectifier bridge 13. The voltage at the output terminals 16 and 17 of this rectifier bridge 13, supplying the winding 12 of the relay 11, closes the contact 10, energizing the winding 93 of the disconnector 9. It is understood that thus, the opening of the two contacts 91 and 92 of the disconnector 9 is controlled, removing any supply at the level of the operating device 2. Any risk of electrocution of the device manipulator is therefore avoided.

Le dispositif de test précédemment décrit a pour but de contrôler le branchement correct de la ligne de terre en déclenchant le sectionneur par fermeture de l'interrupteur 22. On comprend, en effet, que la fermeture de ce dernier applique une tension sur les entrées 14 et 15 du pont redresseur 13, par l'intermédiaire de la résistance 21, et ce dans la mesure où la ligne de terre est correctement reliée à l'entrée 14 du pont redresseur 13. The purpose of the previously described test device is to check the correct connection of the earth line by triggering the disconnector by closing the switch 22. It is understood, in fact, that the closing of the latter applies a voltage to the inputs 14 and 15 of the rectifier bridge 13, via the resistor 21, and this insofar as the ground line is correctly connected to the input 14 of the rectifier bridge 13.

Bien entendu, après un tel test, il convient de réarmer le sectionneur 9. Il en est de même après un déclenchement sur défaut et réparation le cas échéant. Of course, after such a test, it is advisable to reset the disconnector 9. It is the same after a trip on fault and repair if necessary.

On comprend que les deux contacts 91 et 92 et les deux diodes 19 et 20 montées tête-bêche permettent de brancher le dispositif de la présente invention sur le poste d'alimentation secteur 1 sans qu'il soit nécessaire de se soucier de l'emplacement respectif des conducteurs de phase 3 et de neutre 4, qui ne sont pas différenciés dans les prises de courant usuelles. It is understood that the two contacts 91 and 92 and the two diodes 19 and 20 mounted head to tail make it possible to connect the device of the present invention to the mains supply station 1 without it being necessary to worry about the location respective phase 3 and neutral 4 conductors, which are not differentiated in the usual current sockets.

Le dispositif de la présente invention sera, cependant, facilement adapté pour utiliser un sectionneur 9 ne comportant qu'un seul contact , et qu'une seule diode pour le dispositif de test, en prévoyant un inverseur susceptible d'être actionné en fonction de la réponse du dispositif de test de façon à positionner de façon certaine ledit contact du sectionneur en série sur le conducteur de phase 3. The device of the present invention will, however, be easily adapted to use a disconnector 9 having only one contact, and only one diode for the test device, by providing an inverter capable of being actuated according to the response of the test device so as to position said switch contact in series on the phase conductor 3 with certainty.

Dans un mode de réalisation particulier, les différents composants utilisés dans le montage de la présente invention peuvent être les suivants
- relais Il : relais de type Reed,
- pont redresseur 13 : du type VM08 ou 4 diodes 1 N 4148,
- varistor 18 : du type V 22 Z A3,
- diode 19 et 20 : du type 1N 4004,
- résistance 21 : 47000 OHMS.In a particular embodiment, the various components used in the assembly of the present invention can be the following
- relay II: Reed type relay,
- rectifier bridge 13: of the VM08 type or 4 diodes 1 N 4148,
- varistor 18: type V 22 Z A3,
- diode 19 and 20: type 1N 4004,
- resistance 21: 47000 OHMS.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.  Of course, the present invention is not limited to the embodiment which has just been described, from which other forms and other embodiments may be provided, without thereby departing from the scope of the present invention .

Claims (1)

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électrique avec sécurité du type comprenant au moins une première borne reliée à l'un des conducteurs de phase du réseau électrique, une seconde borne reliée au conducteur de neutre du réseau, ces deux bornes étant destinées à alimenter un appareil d'utilisation, et une troisième borne, de masse locale, destinée à être reliée à la masse de l'appareil, ainsi qu'un disjoncteur monté sur au moins la ligne dudit conducteur de phase et susceptible d'interrompre au moins l'alimentation de la première borne correspondante, et d'un circuit de commande de disjonc- teur, dispositif caractérisé par le fait que le circuit de commande de disjoncteur (9) est formé d'un pont redresseur (13) dont les entrées (14,CLAIMS 1. Electricity supply device with safety of the type comprising at least a first terminal connected to one of the phase conductors of the electrical network, a second terminal connected to the neutral conductor of the network, these two terminals being intended to supply a device for use, and a third terminal, of local earth, intended to be connected to the ground of the apparatus, as well as a circuit breaker mounted on at least the line of said phase conductor and capable of interrupting at least the supply of the first corresponding terminal, and of a circuit breaker control circuit, device characterized in that the circuit breaker control circuit (9) is formed by a rectifier bridge (13) whose inputs (14, 15) sont reliées respectivement à un point de potentiel zéro (5) de la terre générale et à la troisième borne (8), de masse locale, et par le fait que les sorties + et - (16, 17) du pont redresseur alimentent le bobinage (12) d'un relais (11) dont le contact (10) est branché en série de l'enroulement (93) du disjoncteur. 15) are connected respectively to a point of zero potential (5) of the general earth and to the third terminal (8), of local ground, and by the fact that the outputs + and - (16, 17) of the rectifier bridge supply the winding (12) of a relay (11) whose contact (10) is connected in series with the winding (93) of the circuit breaker. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit contact (10) du relais et l'enroulement (93) du disjoncteur (9) sont connectés entre le conducteur de phase (3) du réseau et le conducteur de neutre (4). 2. Supply device according to claim 1, characterized in that said contact (10) of the relay and the winding (93) of the circuit breaker (9) are connected between the phase conductor (3) of the network and the conductor neutral (4). 3. Dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un élément (18) à conduction non linéaire est connecté entre les bornes d'entrées (14, 15) du pont redresseur. 3. Supply device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that an element (18) with non-linear conduction is connected between the input terminals (14, 15) of the rectifier bridge. 4. Dispositif d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'élément à conduc tion non linéaire est formé d'une résistance non linéaire (18), telle qu'un varistor à oxyde métallique. 4. Supply device according to claim 3, characterized in that the non-linear conduction element is formed of a non-linear resistor (18), such as a metal oxide varistor. 5. Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait ou'il comporte, en outre, un dispositif de test formé d'un interrupteur (22) susceptible de relier lors de sa fermeture, le conducteur de phase (3) et l'une des entrées (15) du pont redresseur (13) afin de contrôler le branchement correct de la ligne de terre (5). 5. Supply device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises a test device formed by a switch (22) capable of connecting the conductor when it is closed phase (3) and one of the inputs (15) of the rectifier bridge (13) in order to check the correct connection of the earth line (5). 6. Dispositif d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'interrupteur (22) du dispositif de test est branché en série d'une résistance (21), cet ensemble étant relié, d'une part, au conducteur correspondant à la troisième borne de masse locale, d'autre part, au point commun de deux diodes (19, 20) montées tte-bêche entre le conducteur de phase (3) et le conducteur de neutre (4).  6. Supply device according to claim 5, characterized in that the switch (22) of the test device is connected in series with a resistor (21), this assembly being connected, on the one hand, to the conductor corresponding to the third local ground terminal, on the other hand, at the common point of two diodes (19, 20) mounted head to tail between the phase conductor (3) and the neutral conductor (4).
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