FR2538179A1 - Declencheur differentiel residuel a detection de variation d'etat - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DECLENCHEUR DIFFERENTIEL RESIDUEL ASSOCIE OU INTEGRE A UN APPAREIL DE COUPURE. UN PREMIER SYSTEME 16 DE DETECTION D'UNE VARIATION DU COURANT RESIDUEL COMPORTE UN CAPTEUR T, HOMOPOLAIRE RELIE A UN CONVERTISSEUR CC ASSOCIE A UN CIRCUIT DE TRAITEMENT 26 A RESISTANCE R ET CONDENSATEUR C. UN DEUXIEME SYSTEME 18 A TRANSFORMATEUR D'INTENSITE T EST DESTINE A LA DETECTION D'UNE VARIATION DU COURANT DE CHARGE. LES DEUX SYSTEMES 16, 18 COOPERENT AVEC UN CIRCUIT LOGIQUE 20 QUI DELIVRE UN ORDRE DE DECLENCHEMENT EN CAS DE VARIATION DU COURANT RESIDUEL DETECTE PAR LE PREMIER SYSTEME 16 ET D'ABSENCE SIMULTANEE DE SIGNAL PAR LE DEUXIEME SYSTEME 18. APPLICATION: PROTECTION DES PERSONNES CONTRE LES CONTACTS DIRECTS.
Description
DECLENCHEUR DIFKERETTEL RESIDUEL A DETECTION DE VARIATION
D'ETAT.
D'ETAT.
L'invention est relative à un déclencheur différentiel résiduel associé à un appareil de coupure pour la protection des personnes contre les risques de contacts phase-terre, dans une installation à courant alternatif, et comprenant - un capteur à transformateur différentiel équipé d'un circuit magnétique toroidal entourant les conducteurs actifs de phase et de neutre, - un dispositif de traitement du signal délivré par l'enroulement secondaire du transformateur différentiel lors de l'apparition d'un courant de défaut, et un relais de déclenchement piloté par le dispositif de traitement et coopérant avec le mécanisme de l'appareil de coupure.
Les appareils de protection (disjoncteurs, interrupteurs ou contacteurs) à déclencheur différentiel sont essentiellement destinés à assurer la protection des personnes contre les contacts phase-terre. La pratique courante distingue deux types de protection - Protection contre les contacts indirects, obtenue avec des déclencheurs de moyenne sensibilité (ordre de grandeur 0,5 A), et une mise à la terre convenable des enveloppes métalliques.
Le contact indirect est constitué par la mise en contact des personnes avec des masses mises accidentellement sous tension, généralement suite à un défaut d'isolement.
- Protection contre les contacts directs, nécessitant des déclencheurs de haute sensibilité (ordre de grandeur 10 mA). Le contact direct est formé par le contact des personnes avec les parties actives des matériels électriques, ctest-à-dire les conducteurs et pièces normalement sous tension. Par extension, on peut lui assimiler le contact avec une enveloppe mé- tallique dont la mise à la terre serait défectueuse, et qui serait portée accidentellement au potentiel d'une phase.
Un haut niveau de sécurité voudrait que tout réseau de distribution terminale, qu'il soit industriel, tertiaire ou domestique, comporte une protection contre tous les types de contacts.
Or, le développement de la protection contre les contacts directs est entravé par le fait que les déclencheurs employés, du fait même de leur haute sensibilité, ont tenu dance à intervenir intempestivement sous l'action de causes multiples: - Réseaux comportant des courants de fuite résistifs ou capacitifs non négligeables, - Surtensions temporaires, par exemple d'origine atmosphérique, - Imperfection des capteurs toriques qui, même en cas de courants primaires bien équilibrés, peuvent délivrer à leur secondaire un "pseudo-signal" dû par exemple à une dissymétrie géométrique dans les enroulements primaires.
Pour ces différentes raisons, la protection contre les contacts directs ne peut être employée que sur des portions de réseau relativement saines, et présentant une étendue et une consommation limitées.
Selon un déclencheur différentiel de l'art antérieur, l'en- roulement secondaire du capteur toroidal délivre un signal dès l'apparition d'un courant différentiel résiduel engendré lorsque la sommation vectorielle des courants parcourant les conducteurs actifs est différente de zéro. Ce signal provoque le déclenchement du relais dès que le courant différentiel résiduel dépasse un seuil prédéterminé correspondant par exemple à une sensibilité de 10 mA ou 30 mA. Le critère de déclenchement de ce type de déclencheur connu repose essentiellement sur la détection du niveau du courant résiduel total. Ce dernier est généralement comparé à une valeur de consigne fixée soit par les caractéristiques du relais de déclenchement du type polarisé à accrochage magnétique, soit par les caractéristiques du dispositif électronique de traitement.Ce critère de déclenchement prend en compte l'état du réseau et en particulier ses courants de fuite parasites du type résistif ou capacitif, susceptibles de provoquer des déclenchements intempestifs du relais meme en l'absence de défaut réel d'isolement par contacts direct ou indirect. Ces déclenchements intempestifs sont d'autant plus fréquents que leseuil de déclenchement est bas correspondant à un déclencheur à haute sensibilité.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation d'un déclencheur différentiel résiduel à haute sensibilité utilisé de manière fiable sur des réseaux présentant des courants de fuite parasites.
Le déclencheur selon l'invention est caractérisé par le fait que ltensemble capteur et dispositif de traitement est agencé pour ne pas réagir à un courant résiduel constant, mais pour délivrer un signal temporaire A en cas de variation dudit courant résiduel, et notamment en cas de variation consécutive à l'établissement d'un contact humain.
Un tel système doit donc permettre d'effectuer la discrimination entre un courant de défaut parasite supposé constant, et l'apparition d'un contact accidentel, le second étant seul détecté, dans la mesure où le critère de déclenchement n'est plus le niveau du courant résiduel total, mais sa va nation.
Supposons un réseau présentant un courant de fuite permanent Ifo. En présence d'un contact humain, ce contact se traduit par un courant de fuite supplémentaire, I, qui va faire passer le courant de fuite total de IfOà If1. Si on dispose d'un déclencheur qui ne soit pas sensible au niveau du courant de fuite, mais à ses variations, il est théoriquement possible de déclencher sous l'action d'un échelon de courant minimum #Im, alors qu'on ne déclenchait pas sous l'action du courant Ifo, même si celui-ci était très supérieure à ssIm. En pratique, le déclenchement s'opère lorsque l'éche- lon de courant 1m dépasse un seuil prédéterminé, correspondant par exemple à 5 mA ou 10 mA En fait, le raisonnement qui précède ne doit pas s'appliquer au courant différentiel total, mais à sa composnte résistive. En effet, si le courant If0 est en majorité capacitif, l'échelon ss I (qui est purement résistif dans le cas d'un corps humain) se trouverait occulté par le Jeu de la composition vectorielle.
Le dispositif de traitement doit donc comporter un filtrage permettant d'éliminer ou tout au moins d'atténuer fortement la composante capacitive des courants traités.
On ne peut évidemment pas en rester là, car le courant de fuite d'un réseau est soumis à d'autres variations qui pourraient, faute de prendre certaines précautions, provoquer des déclenchements intempestifs On peut citer en particulier: - des variations très lentes, dues par exemple à la dégradation progressive d'une résistance d'isolement; - des variations très rapides, dues principalement aux surtensions d'origine atmosphérique; - des variations courantes résultant de la mise en ou hors service d'un sous-réseaú ou d'un récepteur.
Il n'est pas difficile de se prémunir contre les deux premiers types de variations. Il suffit de donner au système une réponse en fréquence, qui le rende insensible à la fois auxphénomènestrès lents et aux phénomènes très rapides.
Par contre, cette méthode ne peut pas être utilisée pour le troisième type de variations, qui est très similaire à ce qui se produit lors d'un contact humain. Il faut donc rechercher des critères d'inhibition permettant d'empêcher le fonctionnement du dispositif sur une variation du courant résiduel qui ne découlerait pas d'un contact humain accidentel, mais d'un simple changement d'état du réseau surveillé.
Nous citerons trois critères, dont le premier sera la variation du courant de charge du réseau surveillé. Cette orientation découle des constatations suivantes - La mise en circuit d'un corps humain se traduit par l'apparition d'un courant résiduel, mais d'aucun courant de charge.
- La mise en service d'un récepteur se traduit par l'apparition simultanée d'un courant résiduel et d'un courant de charge.
Selon un développement de l'invention, le déclencheur doit comporter un premier système de détection de la variation du courant résiduel et un deuxième système de détection de la variation du courant de charge. Le déclenchement s'opère lors de l'émission d'un signal par le premier système et en cas d'absence de signal par le deuxième système. I1 en résulte que l'apparition d'une variation du courant de charge simultanément à la variation du courant résiduel peut constituer un premier critère d'inhibition du déclenchement.
Un deuxième critère d'inhibition du déclenchement peut être basé sur l'existence d'une composante capacitive dans la variation du courant résiduel. Le corps humain peut en effet être assimilé à un récepteur ayant une résistance pure, sa capacité étant très faible. Par contre, l'impédance à la terre d'un récepteur quelconque ou d'une portion de réseau présente toujours une composante capacitive non négligeable.
Selon un deuxième développement de l'invention, le dispositif de traitement examine séparément les composantes résistives et capacitives du courant résiduel, et; en cas de variation, provoque le déclenchement s'il y a émission d'un signal minimum sur la composante résistive, et d'un signal nul ou inférieur à un seuil faible sur la composante capacitive.
Un troisième critère d'inhibition du déclenchement peut être basé sur l'analyse des variations de la composante capacitive du courant de charge. Cette idée résulte de la constatation qu'une portion de réseau (une ligne aérienne per exemple) peut présenter une capacité à la terre faible, mais une capacité entre conducteurs, importante. Le branchement de cette portion de réseau peut donc donner naissance à un courant de charge capacitif qui, en l'absence de courant de charge actif ou de courant capacitif à la terre, peut constituer un critère de non déclenchement intéressant.
Les différents critères d'inhibition mentionnés ci-dessus peuvent, sans sortir du cadre-de l'invention, être employés séparément ou par combinaison de deux d'entre eux ou de trois réunis.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront pluE clairement de l'exposé qui va suivre de différents modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue synoptique d'un déclencheur différentiel résiduel selon l'invention; la figure 2 illustre un mode de réalisation du déclencheur de la figure 1; la figure 3 représ-ente les allures des tensions en différents points du circuit de la fig. 2; la figure 4 montre un organigramme d'une variante de déclencheur selon l'invention; la figure 5 est une vue synoptique d'un mode de réalisation selon l'organigramme de la fig. 4.
En référence aux figures 1 à 3, le déclencheur différentiel résiduel 10 coopère avec le mécanisme 12 d'un appareil de coupure 14 pour la protection des personnes contre les risques de contacts phase - terre d'une installation à courant alternatif. L'appareil de coupure 14 comprend un dis
Joncteur ou un interrupteur à contacts séparables actionnés mécaniquement par le mécanisme 12 et insérés électriquement dans les conducteurs actifs de phase L et de neutre N A titre d' exemple, l'*invention est décrite pour une installation monophasée, mais if est évident qu'elle s'applique à des installations ayant un nombre de phases différent
Le déclencheur 10 comporte un premier système 16 de détection de la variation du courant résiduel (signal A, fig 1) et un deuxième système 18 de détection de la variation du courant de charge (signal B, fig. 1). L'une des entrées d'un circuit combinatoire 20 est connectée à la sortie du premier système 16, l'autre entrée inverseuse étant reliée à la sortie du deuxième système 18. Le circuit combinatoire 20 est formé à titre d'exemple par une porte logique ET et une porte NON intercalée entre le système 18 et l'entrée associée de la porte ET.La sortie du circuit logique 20 fournit un signal AoS à ltélectrode d'amorçage d'un thyristor 22 relié électriquement en série avec la bobine du relais de déclenchement 24 associé au mécanisme 12 Le signal de sortie AoB du circuit 20 peut présenter deux états logiques O ou 1; l'état logique 1 correspond au déclenchement du relais 24 après déblocage du thyristor 22, tandis que l'état logique O correspond à l'absence de déclenchement par blocage du thyristor 22.
Joncteur ou un interrupteur à contacts séparables actionnés mécaniquement par le mécanisme 12 et insérés électriquement dans les conducteurs actifs de phase L et de neutre N A titre d' exemple, l'*invention est décrite pour une installation monophasée, mais if est évident qu'elle s'applique à des installations ayant un nombre de phases différent
Le déclencheur 10 comporte un premier système 16 de détection de la variation du courant résiduel (signal A, fig 1) et un deuxième système 18 de détection de la variation du courant de charge (signal B, fig. 1). L'une des entrées d'un circuit combinatoire 20 est connectée à la sortie du premier système 16, l'autre entrée inverseuse étant reliée à la sortie du deuxième système 18. Le circuit combinatoire 20 est formé à titre d'exemple par une porte logique ET et une porte NON intercalée entre le système 18 et l'entrée associée de la porte ET.La sortie du circuit logique 20 fournit un signal AoS à ltélectrode d'amorçage d'un thyristor 22 relié électriquement en série avec la bobine du relais de déclenchement 24 associé au mécanisme 12 Le signal de sortie AoB du circuit 20 peut présenter deux états logiques O ou 1; l'état logique 1 correspond au déclenchement du relais 24 après déblocage du thyristor 22, tandis que l'état logique O correspond à l'absence de déclenchement par blocage du thyristor 22.
Le premier système 16 de détection de la variation du courant résiduel comprend un capteur T1 à transformateur différentiel homopolaire équipé diun circuit magnétique toroldal entourant les conducteurs actifs de phase L et de neutre N L'enroulement secondaire du capteur T1 débite sur une charge R11 aux bornes de laquelle apparat une tension alternative U1A proportionnelle au courant de fuite résiduel.Cette tension alternative U1A est transformée en une tension continue U1C par un convertisseur CC1 comprenant d'une manière bien connue un amplificateur, un redresseur et des filtres pour l'élimination de la composante capacitive de la tension alternative U1A et pour le lissage de la tension continue U1c. A la sortie du convertisseur CC1 est associé un circuit de traitement 26 à résistance R1 et condensateur C1 en série. Le signal de déclenchement U1D correspondant à une variation du courant résiduel apparaÎt aux bornes de la résistance R1. En effet, tant qu'il n'y aura pas variation d'état, la tension U1C se retrouve toute entière aux bornes du condensateur C1. Par contre, toute variation d'état du capteur T1 entraîne une variation proportionnelle de latension U1C" La charge du condensateur
C1 doit alors se modifier en conséquence, ce qui se traduit par une impulsion de courant dans le circuit. Cette impulsion crée aux bornes de la résistance R1 une tension
U1D qui constitue le signal cherché. Sa durée est fonction de la constante de temps RC du circuit, que l'on peut adap ter à volonté. En fait, tout se passe approximativement comme si la variation de tension UiC était appliquée à la résis- tance R1 pendant cette durée
Le système 16 peut être complété par une diode D1, qui permet de ne prendre en compte que les variations positives de la tension UIC.L'impulsion de tension U1D est appliquée à un dispositif à seuil 28 où elle est comparée à une valeur de consigne définissant la sensibilité du déclencheur. En cas de dépassement du seuil, le dispositif 28 délivre le signal A appliqué à l'-entrée du circuit logique 20
Le deuxième système 18 de détection de la variation du cou- rant de charge est similaire au premier système 16 et ne sera plus décrit en détail par la suite. Le capteur T2 est constitué par un transformateur d'intensité associé de pré férence au conducteur N de neutre.Les autres éléments sont les suivants - résistance de charge R22 connectée à l'enroulement secondaire du capteur d'intensité T2; - convertisseur CC2; - circuit de traitement 30 à résistance R2 et condensateur
C2 en série; - diode D2; - dispositif à seuil 32 élaborant le signal de commande B appliqué à 11 entrée inverseuse du circuit logique 20.
C1 doit alors se modifier en conséquence, ce qui se traduit par une impulsion de courant dans le circuit. Cette impulsion crée aux bornes de la résistance R1 une tension
U1D qui constitue le signal cherché. Sa durée est fonction de la constante de temps RC du circuit, que l'on peut adap ter à volonté. En fait, tout se passe approximativement comme si la variation de tension UiC était appliquée à la résis- tance R1 pendant cette durée
Le système 16 peut être complété par une diode D1, qui permet de ne prendre en compte que les variations positives de la tension UIC.L'impulsion de tension U1D est appliquée à un dispositif à seuil 28 où elle est comparée à une valeur de consigne définissant la sensibilité du déclencheur. En cas de dépassement du seuil, le dispositif 28 délivre le signal A appliqué à l'-entrée du circuit logique 20
Le deuxième système 18 de détection de la variation du cou- rant de charge est similaire au premier système 16 et ne sera plus décrit en détail par la suite. Le capteur T2 est constitué par un transformateur d'intensité associé de pré férence au conducteur N de neutre.Les autres éléments sont les suivants - résistance de charge R22 connectée à l'enroulement secondaire du capteur d'intensité T2; - convertisseur CC2; - circuit de traitement 30 à résistance R2 et condensateur
C2 en série; - diode D2; - dispositif à seuil 32 élaborant le signal de commande B appliqué à 11 entrée inverseuse du circuit logique 20.
Le fonctionnement du déclencheur 10 selon les figures 1 à 3, est le suivant
On supposera que le réseau comporte des courants de fuite parasites Ifo dont l'intensité correspond à un premier état de repos du système. La tension continue UIC représentative du courant de fuite parasite, se retrouve entière aux bornes du condensateur C1 du premier système 16 de détection.
On supposera que le réseau comporte des courants de fuite parasites Ifo dont l'intensité correspond à un premier état de repos du système. La tension continue UIC représentative du courant de fuite parasite, se retrouve entière aux bornes du condensateur C1 du premier système 16 de détection.
L'apparition d'un courant de défaut à la terre se traduit par un courant de fuite supplémentaire A I faisant passer le courant de fuite total de I fo à If1* Il en résulte une variation d'état du capteur homopolaire T1 qui passe à un deuxième état entrainant une variation proportionnelle de la tension continue U1c à la sortie du convertisseur CC1 du système 16. La variation de la tension U1c engendre alors une impulsion de courant dans le circuit de traitement 26, qui crée la tension U1D aux bornes de la résistance R1.
Cette tension U dont la durée est limitée par la constante de temps du circuit 26, est appliquée au dispositif à seuil 28 qui, en cas de dépassement de la valeur de consigne, envoie un signal A dans l'une des entrées du circuit logique 20.
Dans le cas où la variation du courant de défaut à la terre résulte d'un contact humain, le deuxième système 18 ne détecte pas de variation du courant de charge, et la tension
U2D est voisine de zéro. L'émission du signal A par le premier système 16 et l'absence simultanée de signal B par le deuxième système 18 engendrent un signal de déclenchement à la sortie du circuit logique 20. La conduction du thyristor 22 provoque alors l'excitation du relais 24 entrainant l'ouverture des contacts de l'appareil de coupure 14.
U2D est voisine de zéro. L'émission du signal A par le premier système 16 et l'absence simultanée de signal B par le deuxième système 18 engendrent un signal de déclenchement à la sortie du circuit logique 20. La conduction du thyristor 22 provoque alors l'excitation du relais 24 entrainant l'ouverture des contacts de l'appareil de coupure 14.
Lorsque la variation du courant résiduel est due à la mise en service d'un récepteur ou d'une portion de réseau, le deuxième système 18 détecte une variation du courant de charge qui se traduit par l'apparition d'une tension U2D aux bornes de la résistance R2 du circuit de traitement 30.
La présence du signal B sur l'entrée inverseuse du circuit logique 20 maintient le thyristor 22 bloqué et inhibe le déclenchement de l'appareil 14 malgré l'émission par le système 16 du signal A.
La protection par variation d'état ainsi décrite peut remplacer les protections à moyenne sensibilité actuellement utilisées, mais peut aussi leur être Juxtaposée. Cette juxtaposition peut être obtenue de façon très simple et très économique, dans la mesure où les deux protections peuvent utiliser le même dispositif de captation T1, le même
relais 24, et avoir en commun une partie du dispositif
électronique de traitement. On remarque que la tension Uic
est représentative du courant homopolaire détecté par le
capteur T1 et non pas de ses variations, Cette tension Uic
peut être utilisée pour engendrer un signal de déclenche
ment classique au relais 24.La protection différentielle
comporte alors deux voies de déclenchement qui agissent
- soit sous l'action d'un courant de fuite permanent, mais
de niveau élevé,
- soit sous l'action des variations de ce courant à bas
niveau par l'intermédiaire du circuit de traitement 26.
relais 24, et avoir en commun une partie du dispositif
électronique de traitement. On remarque que la tension Uic
est représentative du courant homopolaire détecté par le
capteur T1 et non pas de ses variations, Cette tension Uic
peut être utilisée pour engendrer un signal de déclenche
ment classique au relais 24.La protection différentielle
comporte alors deux voies de déclenchement qui agissent
- soit sous l'action d'un courant de fuite permanent, mais
de niveau élevé,
- soit sous l'action des variations de ce courant à bas
niveau par l'intermédiaire du circuit de traitement 26.
L'ne cause manifeste de déclenchement intempestif peut in
tervenir lors de la mise sous tension d'une portion de ré
seau ou d'un récepteur engendrant un courant de fuite, sans
qu'il y ait apparition simultanée d'un courant de charge.
tervenir lors de la mise sous tension d'une portion de ré
seau ou d'un récepteur engendrant un courant de fuite, sans
qu'il y ait apparition simultanée d'un courant de charge.
On peut imaginer deux parades à cet inconvénient - Si le courant de fuite provient de le partie active du
récepteur, organiser le circuit pour que cette partie ac
tive ne soit pas portée au potentiel de phase lors du
branchement hors courant, mais seulement lors de la mise
en marche du récepteur.
récepteur, organiser le circuit pour que cette partie ac
tive ne soit pas portée au potentiel de phase lors du
branchement hors courant, mais seulement lors de la mise
en marche du récepteur.
- Installer en parallèle avec le récepteur ou la portion de
réseau intéressée une impédance à travers laquelle circu
lera, dès la mise sous tension, un courant très faible,
mais suffisant pour que le deuxième système 18 fournisse
un signal B. Une telle impédance peut d'ailleurs être pla
cée sur l'appareil de protection lui-meme.
réseau intéressée une impédance à travers laquelle circu
lera, dès la mise sous tension, un courant très faible,
mais suffisant pour que le deuxième système 18 fournisse
un signal B. Une telle impédance peut d'ailleurs être pla
cée sur l'appareil de protection lui-meme.
Si les précautions ainsi prises sont insuffisantes pour
éliminer tout risque de déclenchement intempestif, l'appa-
reil peut être muni d'une commande, permettant à l'utilisa
teur de mettre la protection hors service. Cette possible
lité de "marche forcée" peut être utile pour ne pas inter
rompre le service sur un réseau présentant une anomalie, en attendant qu'il y soit remédié, ou pour éliminer tout risque de déclenchement pendant une période d'absence de l'utilisateur. Il appartient bien entendu à celui-ci de remettre la protection en service dès qu'il est possible de le faire.
éliminer tout risque de déclenchement intempestif, l'appa-
reil peut être muni d'une commande, permettant à l'utilisa
teur de mettre la protection hors service. Cette possible
lité de "marche forcée" peut être utile pour ne pas inter
rompre le service sur un réseau présentant une anomalie, en attendant qu'il y soit remédié, ou pour éliminer tout risque de déclenchement pendant une période d'absence de l'utilisateur. Il appartient bien entendu à celui-ci de remettre la protection en service dès qu'il est possible de le faire.
Il est possible de faire intervenir d'autres critères d'inhibition du déclenchement. Sur le dispositif des fig. 1 à 3, le premier critère d'inhibition était basé sur l'apparition d'une variation du courant de charge. Cette méthode n'apporte pas une certitude absolue d'absence de déclenchement intempestif, car le branchement d'un sous-reseau peut engendrer un courant résiduel sans qu'il y ait simultanément une variation du courant de charge. Un deuxième critère d'inhibition du déclenchement peut consister en ce que la variation du courant résiduel présente ou non une composante capacitive. L'impédance à la terre d'un récepteur ou d'une portion de réseau présente généralement une composante capacitive non négligeable.
En faisant une scrutation permanente du courant résiduel décomposé en sa composante résistive Ir et sa composante capacitive Ic, on peut definir deux seuils de variation Sr et Sc et programmer le dispositif de déclenchement pour qu'il agisse si les deux conditions suivantes sont simultanément remplies - Variation de la composante résistive 1r supérieure au
seuil Sr - Variation de la composante capacitive Ic inférieure au
seuil Sc
Ce type de situation est en effet, caractéristique de l'établissement d'un contact humain, qui peut influer notablement sur Ir, mais très peu sur Ic, alors que le branchement d'un récepteur ou d'un sous-réseau agit sur les deux composantes.
seuil Sr - Variation de la composante capacitive Ic inférieure au
seuil Sc
Ce type de situation est en effet, caractéristique de l'établissement d'un contact humain, qui peut influer notablement sur Ir, mais très peu sur Ic, alors que le branchement d'un récepteur ou d'un sous-réseau agit sur les deux composantes.
La mise en oeuvre du procédé précité peut être illustrée, à titre d'exemple, par le dispositif de détection 17 de la figure 4. Le capteur T1 est connecté à un convertisseur
CC3 qui élabore deux tensions continues U3c et U4C respectivement proportionnelles aux composantes résistive etcapacitive du courant résiduel. La détection des variations des composantes résistive et capacitive du courant résiduel s'opère au moyen de deux circuits de traitement 34, 36 séparés, similaire à celui 26 du système 16- de la figure 2. La tension continue U3C est appliquée au circuit 34 à résistance R3 et condensateur C3, une diode D3 étant connectée en parallèle aux bornes de R3. De la même manière, la tension continue U4C est appliquée au circuit 36 à résistance R4 et condensateur C4, une diode
D4 étant en parallèle de R4.Les deux circuits 34, 36 fournissent les signaux impulsionnels U3D et U4D injectés dans des circuits à seuil 40, 42. L'une des entrées d'un circuit combinatoire 20 est connectée à la sortie du circuit à seuil 40, l'autre entrée inverseuse étant branchée à la sortie du circuit à seuil 42. Le fonctionnement du dispositif 17 est évident, et on remarque que le circuit combinatoire 20 commande le déclenchement lorsque la tension U3D est supérieure au seuil Sr du circuit 40, et que simultanément la tension U4D représentart la variation de la composante capacitive du courant résiduel est inférieure au seuil 5c du circuit 42.
CC3 qui élabore deux tensions continues U3c et U4C respectivement proportionnelles aux composantes résistive etcapacitive du courant résiduel. La détection des variations des composantes résistive et capacitive du courant résiduel s'opère au moyen de deux circuits de traitement 34, 36 séparés, similaire à celui 26 du système 16- de la figure 2. La tension continue U3C est appliquée au circuit 34 à résistance R3 et condensateur C3, une diode D3 étant connectée en parallèle aux bornes de R3. De la même manière, la tension continue U4C est appliquée au circuit 36 à résistance R4 et condensateur C4, une diode
D4 étant en parallèle de R4.Les deux circuits 34, 36 fournissent les signaux impulsionnels U3D et U4D injectés dans des circuits à seuil 40, 42. L'une des entrées d'un circuit combinatoire 20 est connectée à la sortie du circuit à seuil 40, l'autre entrée inverseuse étant branchée à la sortie du circuit à seuil 42. Le fonctionnement du dispositif 17 est évident, et on remarque que le circuit combinatoire 20 commande le déclenchement lorsque la tension U3D est supérieure au seuil Sr du circuit 40, et que simultanément la tension U4D représentart la variation de la composante capacitive du courant résiduel est inférieure au seuil 5c du circuit 42.
Par rapport au déclencheur 10 des fig. 1 à 3, le principe du deuxième critère présente l'avantage de ne faire porter la scrutation que sur le courant résiduel, d'où un avantage de simplicité. Cet avantage peut toutefois disparai- tre si le courant de charge doit de toutes façons être sup- veillé, notamment si l'on est dans le contexte d'un appareil de coupure présentant également une fonction de protection à maximum de courant.
Le système de comparaison des composantes résistive IR et capacitive IC du courant résiduel crée néanmoins une situation supplémentaire de non déclenchement au cas où le contact humain est établi avec un conducteur préalablement à la mise sous tension de celui-ci, et où cette mise sous tension sera faite hors courant. Le système des fig. 1 à 3 aurait alors déclenché, alors que le nouveau ne déclenchera pas pour peu que la portion de réseau mise sous tension ait une capacité à la terre non négligeable.
La continuité de service peut être améliorée en faisant un mixage des deux critères, le déclenchement étant alors réalisé sous trois conditions - Variation du courant résiduel, supérieure à un seuil donné - Absence de variation du courant de charge - Absence de composante capacitive sur la variation du courant résiduel.
Pour que le système soit pris en défaut, il faut donc brancher un récepteur, qui présente simultanément une fuite résistive importante et une fuite capacitive très faible, et que le branchement soit effectué hors courant.
T1 est possible de faire intervenir un troisième critère d'inhibition du déclenchement, basé sur l'analyse des variations de la composante capacitive du courant de charge. Ce critère résulte de la constatation qu'une portion de réseau (une ligne aérienne par exemple) peut présenter une capacité à la terre faible, mais une capacité entre conducteurs, importante. Le branchement de cette portion de réseau peut donc donner naissance à un courant de charge capacitif qui, en l'absence de courant de charge actif ou de courant capacitif à la terre, peut constituer un critère de non déclenchement intéressant.
En définitive, un système complet se présenterait, sur le plan de la logique, selon l'organigramme de la fig. 4, dans lequel
- 1rr = courant résiduel résistif
- ICh = courant de charge total
- 1cor = courant capacitif résiduel
- ICch = courant capacitif de charge.
- 1rr = courant résiduel résistif
- ICh = courant de charge total
- 1cor = courant capacitif résiduel
- ICch = courant capacitif de charge.
On remarque que la condition de base de déclenchement est
l'apparition d'une variation du courant résiduel résistif Irr. Mais le déclenchement peut se trouver inhibé par l'intervention d'un ou plusieurs des trois critères d'inhibition
- Existence d'un courant Ich supérieur à un certain seuil
- Existence d'un courant ICr supérieur à un certain seuil
- Existence d'un courant Icch supérieur à un certain seuil.
l'apparition d'une variation du courant résiduel résistif Irr. Mais le déclenchement peut se trouver inhibé par l'intervention d'un ou plusieurs des trois critères d'inhibition
- Existence d'un courant Ich supérieur à un certain seuil
- Existence d'un courant ICr supérieur à un certain seuil
- Existence d'un courant Icch supérieur à un certain seuil.
La figure 5 illustre un mode de réalisation fonctionnant selon l'organigramme de la fig. 4. Un premier et un deu
xième systèmes 160, 180 de détection sont destinés à con trôler la variation du courant résiduel et du courant de charge. Le capteur homopolaire T1 et le capteur d'intensité T2 sont connectés à des circuits-de mise en forme 162,
182 dont les sorties délivrent les signaux représentatifs des variations des quatre courants Irr' ICr, ICh et I cch précités. Ces signaux sont traités dans des circuits à seuils 190, 192, 194, 196 reliés aux entrées d'un circuit logique ET 200 destiné à transmettre l'ordre de déclenchement.Cet ordre intervient lorsque la variation du courant résiduel résistif 1rr est supérieure au seuil S du circuit 190, et que les variations de Icrj ICh, Icch sont inférieures aux seuils Scr' Sch Scch des circuits 192, 194 et 196.
xième systèmes 160, 180 de détection sont destinés à con trôler la variation du courant résiduel et du courant de charge. Le capteur homopolaire T1 et le capteur d'intensité T2 sont connectés à des circuits-de mise en forme 162,
182 dont les sorties délivrent les signaux représentatifs des variations des quatre courants Irr' ICr, ICh et I cch précités. Ces signaux sont traités dans des circuits à seuils 190, 192, 194, 196 reliés aux entrées d'un circuit logique ET 200 destiné à transmettre l'ordre de déclenchement.Cet ordre intervient lorsque la variation du courant résiduel résistif 1rr est supérieure au seuil S du circuit 190, et que les variations de Icrj ICh, Icch sont inférieures aux seuils Scr' Sch Scch des circuits 192, 194 et 196.
Les applications de cette protection peuvent intervenir dans tous les réseaux de distributicn terminale, industriels, tertiaires, ou domestiques. On peut imaginer de l'incorporer à des appareils déJà utilisés, par exemple à un disJoncteur d'abonné. On peut aussi l'intégrer dans un bloc de distribution, tel que décrit dans la demande de brevet français NO 82 08750, dans laquelle l'appareil de tête équipant le bloc deviendrait alors l'organe de dé
clenchement sollicité par le dispositif de protection à
variation d'état.
clenchement sollicité par le dispositif de protection à
variation d'état.
Tout disJoncteur peut être équipé de ce type de protection différentielle, l'opération étant particulièreiaent aisée lorsque le disjoncteur comporte déjà un déclencheur élec tronque.
L'invention n'est bien entendu nullement limitée aux modes de mise en oeuvre plus particulièrement décrits et repré- sentés aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante restant dans le cadre des équivalences électrotechniques et électroniques. La généralisation à une installation triphasée nécessite trois capteurs
T2 pour la détection des variations de courants de charge des trois phases. Toutefois, stil s'agit d'un réseau tri phasé ne comportant que des récepteurs monophasés, un seul capteur sur le neutre peut être suffisant.
T2 pour la détection des variations de courants de charge des trois phases. Toutefois, stil s'agit d'un réseau tri phasé ne comportant que des récepteurs monophasés, un seul capteur sur le neutre peut être suffisant.
Claims (10)
1. Déclencheur différentiel résiduel associé à un appareil de coupure pour la protectio-n des personnes contre les risques de contacts phase - terre, dans une installation à courant alternatif, et comprenant : - un capteur à transformateur différentiel équipé d'un circuit magnétique toroldal entourant les conducteurs actifs de phase et de neutre, - un dispositif de traitement du signal délivré par l'enroulement secondaire du transformateur différentiel lors de l'apparition d'un courant de défaut, - et un relais de déclenchement piloté par le dispositif de traitement et coopérant avec le mécanisme de l'appareil de coupure, caractérisé par le fait que l'ensemble capteur (T1) et dis- positif de traitement forme un premier- système (16, 17,160) de détection comprenant des moyens pour scruter en permanence la composante résistive du courant résiduel, et des moyens pour délivrer un signal de commande, en cas de variation rapide et supérieure à un seuil prédéterminé de ladite composante, tout en restant insensibles à un courant résiduel constant, même de valeur nettement supérieure audit seuil.
2. Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le premier système (16,17,160) de-détection présente une réponse en fréquence prédéterminée, rendant le déclencheur insensible aux variations très lentes et très rapides du courant résiduel.
3. Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'au premier système (16, 17, 160) de détection d'une variation du courant résiduel est associé un deuxième système (18, 180) de détection d'une variation du courant de charge dans un conducteur actif, et que des moyens inhibent le déclenchement lorsque la variation du courant résiduel s'accompagne d'une variation simultanée du courant de charge.
4. Déclencheur différentiel résiduel selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que E: premier système (17, 160) comporte des moyens de détection d'une variation de la composante capacitive du courant résiduel et des moyens de comparaison destinés à inhiber le déclenchement lorsque ladite composante dépasse un seuil (Sc, S prédéterminé.
5. Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que le deuxième système (180) comporte des moyens de détection d'une variation de la composante capacitive du courant de charge, et un circuit à seuil (196) susceptible d'inhiber le déclenchement lorsque ladite composante dépasse un seuil(Scch)prédéterminéO
6.Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'un circuit de mixage coopère avec le premier système (16, 17, 160) et le deuxième système (18, 180) pour faire intervenir un ou plusieurs des trois critères d'inhibition du déclenchement, basés sur l'existence d'une variation du courant de charge totale (ICh), du courant capacitif résiduel (ici) et du courant capacitif de charge (ICch), la combinaison et l'ordre des critères de non déclenchement étant quelconques en présence du signal principal correspondant à la variation du courant résiduel résistif.
7. Déclencheur différentiel résiduel selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que chaque système de détection (16, 17; 18) comporte un circuit de traitement (26, 30, 34, 36) à résistance (R1, R2,
R3, R4) et condensateur (C1, C2, C3, C4), agencé pour détecter la variation correspondante du courant différentiel résiduel et/ou du courant de charge.
8. Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le circuit de mixage coopère avec une porte logique (20, 200) qui délivre un ord de déclenchement en présence du signal principal et en l'absence de signal d'inhibition
9. Déclencheur différentiel résiduel selon l'une des revendications 1 à 8, susceptible d'être associé à un déclencheur électronique de l'appareil de coupure, caractérisé par le fait qu'il comporte deux voies de déclenchement distinctes dont l'une à haute sensibilité est actionnée par le premier système (16, 17, 160) en cas de variation du courant résiduel, et dont 11 autre à moyenne sensibilité est rendue active lorsque l'intensité du courant de fuite total dépasse un seuil prédéterminé, et que les deux voies présentent des organes communs comprenant le tore (T1), le convertisseur (CC1, CC3) et le relais (24), la tension continue (U1c, U3c) à la sortie du convertisseur (CC1, CC3) étant utilisée pour piloter les deux voies de déclenchement.
10. Déclencheur différentiel résiduel selon la revendication 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait que chaque système de détection (16, 17; 18) comporte un capteur de courant (T1; T2) connecté à un convertisseur alternatif-continu (CC1, CC3; CC2) dont la sortie est reliée au circuit de traitement (26, 34, 36; 30) à résistance (R1 à R4) connectée en série avec le condensateur (C1 à C4), le signal correspondant à la variation du courant d fférentiel résiduel et/ou du courant de charge étant prélevé aux bornes de le résistance (R1 à R4).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8221616A FR2538179B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Declencheur differentiel residuel a detection de variation d'etat |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8221616A FR2538179B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Declencheur differentiel residuel a detection de variation d'etat |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2538179A1 true FR2538179A1 (fr) | 1984-06-22 |
| FR2538179B1 FR2538179B1 (fr) | 1985-10-04 |
Family
ID=9280426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8221616A Expired FR2538179B1 (fr) | 1982-12-21 | 1982-12-21 | Declencheur differentiel residuel a detection de variation d'etat |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2538179B1 (fr) |
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|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |