FR2672744A1 - Dispositif selectif et automatique de securite electrique. - Google Patents

Abstract

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

Description

La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour appareil, machine ou installation électrique.

En particulier, la présente invention s'applique à la sécurité des installations électriques complètes des maisons, à la protection des systèmes électroniques ou informatiques contre les surtensions, à la sécurité des utilisateurs de produits électriques.

Les dispositifs connus à ce jour, de type disjoncteur ou fusible, ne permettent pas de couper une ligne électrique assez vite pour éviter une électrocution ou une détérioration de composants. De plus, leur temps de réaction est trop long pour assurer une bonne protection en cas d'orage par exemple. Par ailleurs, ces systèmes ne protègent que certaines lignes électriques mais pas le neutre ou la terre.

D'autres dispositifs connus mesurent un courant résiduel par rapport à la prise de terre. De ce fait, ces dispositifs sont sensibles aux parasites et leur seuil de déclenchement doit être élevé.

Tous les dispositifs cités plus haut ne reconnectent pas les lignes après leur déclenchement, ce qui peut être préjudiciable au fonctionnement des alarmes, réErigérateurs, congélateurs, aquarium, pendant de longues absences de l'utilisateur.

La présente invention prétend remédier à ces inconvénients par l'utilisation d'une connexion de toutes les lignes à protéger entre elles de manière à créer une ligne de potentiel flottant d'une valeur constante pendant le fonctionnement normal de l'installation à protéger, par la détection d'une variation de ce potentiel flottant par rapport au neutre et par la coupure automatique et rapide de 1'alimentation des lignes à protéger dès qu'une variation du potentiel flottant est détectée.

Le dispositif objet de la présente invention est donc un dispositif de protection d'installations électriques comportant des lignes électriques reliées à des lignes d'alimentation électrique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un pont de résistances reliant les lignes électriques et créant en un de ses point un potentiel flottant fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation, un moyen d'isolation relié à ce point, un circuit à seuil relié à la sortie de ce moyen d'isolation, un processeur connecté à la sortie de ce circuit à seuil et un moyen de connexion et de déconnexion des lignes d'alimentation des lignes électriques à protéger commandé par ledit processeur de telle manière qu'unie variation anormale de tension sur une des lignes électriques provoque une variation du potentiel flottant, cette variation étant détectée par le circuit à seuil, le processeur provoquant alors la déconnexion des lignes d'alimentation des lignes électriques.

Le fonctionnement du dispositif peut être commandé par un circuit numérique ajoutant de nouvelles fonctions, et le seuil peut être réglable.

Selon une variante du dispositif de l'invention, la protection peut s'effectuer partiellement sur certaines parties d'une installation électrique. De plus, la remise en fonctionnement de l'installation, par reconnexion des lignes coupées avec les alimentations peut être commandé par le dispositif dans un délai mémorisé variable selon le nombre de coupures de lignes déjà effectuées.

Plus généralement, toutes les fonctions, seuils, délais, peuvent être programmés par l'utilisateur.

Un des avantages du dispositif selon la présente invention réside en ce que plusieurs réseaux ou une multitude de lignes peuvent être surveillés simultanément par une carte de détection et que le circuit numérique est adapté à contrôler plusieurs cartes de détection simultanément. En conséquence, quel que soit le nombre de transformateurs, d'onduleurs ou d'alimentations électriques d'une installation électrique, chacune de ses lignes peut être surveillée par le dispositif objet de la présente invention. Inversement, chaque ligne peut être surveillée individuellement et parallèlement à toutes les autres.

La description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif en regard du dessin annexé permettra de mieux comprendre les avantages, buts et caractéristiques de la présente invention.

Dans le dessin annexé
- la figure 1 représente un schéma synoptique du dispositif selon l'invention.

- la figure 2 représente un schéma électronique d'une carte de détection incorporée dans le dispositif de la figure 1.

- la figure 3 représente un organigramme de fonctionnement de ce même dispositif.

- la figure 4 représente la connexion du dispositif de la figure 1 à un réseau de distribution électrique.

- la figure 5 représente un schéma électronique d'une carte de détection présentant les mêmes fonctions que la carte de la figure 2.

Si on se réfère d'abord à la figure 1, on voit des lignes électriques 1 reliées à des lignes d'alimentation 2, une ligne de masse ou de neutre 3, un pont de résistances 4 reliant les lignes 1, un point de potentiel 5 du pont 4, un moyen d'isolation 6 relié au point 5 et à la ligne de terre ou de neutre 3, un circuit à seuil 7 relié à la sortie du moyen d'isolation 6, un moyen de connexion et de déconnexion 8 des lignes d'alimentation 2 relié d'une part au circuit à seuil 7 et d'autre part à un processeur 9 lui-même relié à une mémoire 10, à un connecteur 11 et au circuit à seuil 7.

Le pont de résistances 4, le point de potentiel 5, le moyen d'isolation 6, le circuit à seuil 7 et le moyen de connexion et de déconnexion 8 constituent une carte de détection 12.

Les lignes d'alimentation 2 et la ligne de terre ou de neutre 3 sont généralement des lignes du secteur d'alimentation.

Le point de potentiel 5 est relié par les branches du pont 4 aux lignes 1 de manière barycentrée de telle manière que son potentiel dit "flottant" soit nul lorsque les lignes 1 portent des potentiels normaux.

Le moyen d'isolation 6 peut être par exemple constitué d'un transformateur torique tel que présenté en regard de la figure 2 ou d'un amplificateur opérationnel tel que présenté en regard de la figure 5. I1 amplifie la différence de potentiel entre le point 5 et la ligne de terre ou de neutre 3.

Le circuit à seuil 7 transmet un signal lorsque la différence de potentiel sortant du moyen d'isolation 6 est supérieur à une valeur prédéterminée.

Le moyen 8 de connexion et de déconnexion peut être constitué de relais, de contacteurs électro-magnétiques ou statiques ou d'autres dispositifs électro-mécaniques. I1 connecte ou déconnecte les lignes d'alimentation 2 et les lignes électriques 1.

Enfin le processeur 9 peut être un ordinateur, un micro-contrôleur, un calculateur ou tout autre moyen informatique. I1 possède un connecteur 11 permettant un dialogue entre l'utilisateur et le dispositif. Le processeur 9 est programmé selon un programme conservé en mémoire 10 pour contrôler le fonctionnement des éléments du dispositif.

En général le connecteur 11 permet la connexion d'un moyen d'affichage et d'un clavier. Il permet aussi la connexion du dispositif avec un système informatique ou des moyens d'enregistrement permettant de transférer les informations contenues dans la mémoire 10. Ces informations peuvent notamment concerner les incidents survenus sur les lignes d'alimentation 2.

Le dépassement du seuil prédéterminé par le signal sortant du moyen d'isolation 6 déclenche la déconnexion des lignes 1 d'avec les lignes 2.

Le processeur 9 reconnecte ces lignes 1 et 2 après un délai mémorisé dans la mémoire 10 et choisi par l'utilisateur.

De cette manière, une variation anormale de tension sur une des lignes électriques 1 provoque une variation du potentiel flottant du point 5, cette variation étant détectée par le circuit à seuil 7 qui la transmet au processeur 9, lequel ordonne au moyen 8 la déconnexion des lignes d'alimentation 2.

Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit un mode de réalisation de la carte de détection 12. Pour une meilleure compréhension de l'invention deux réseaux sont représentés, un réseau monophasé 13 et un réseau triphasé 14.

Un des avantages de l'invention est en effet que plusieurs types de réseaux différents peuvent être protégés simultanément par la même carte de détection 12.

Les réseaux 13 et 14 comportent chacun des lignes d'alimentation 2 et des lignes électriques 1 séparées par un relai 20. Les lignes de sortie 1 du réseau triphasé 14 sont reliées à un connecteur 15, relié par ailleurs à la terre 16 et à un tore 51 par ses lignes d'alimentation 17 et 18 et à un transformateur d'isolement 50.

1Jn pont de résistances 4 comportant des résistances 19 relie toutes ces lignes 1 à un primaire 21 d'un transformateur 23. Le secondaire 22 de ce transformateur 23 est relié à un circuit redresseur 24. Le signal de sortie de ce circuit redresseur 24 ainsi qu'une valeur de potentiel fixé par un potentiomètre 25 sont reliés à un opto-coupleur 26 lui-même relié à une bascule 27. La sortie de la bascule 27 est reliée par un opto-coupleur 28 à un amplificateur 29 relié au contacteur 52.

Enfin, un connecteur 30 est adapté à relier le processeur 9 à la carte de détection 12 de telle manière que le processeur 9 commande la bascule 27, les relais 20 et perçoit la position du contacteur 52.

On comprend que le transformateur 23 et les optocoupleurs 26 et 28 servent à isoler les différentes fonctions de la carte de détection 12.

Un déséquilibre du pont 4 provoque l'apparition d'un courant passant dans le point 5 et d'un potentiel aux bornes du secondaire 22. Cette différence de potentiel est redressée et selon la valeur d'un seuil fixée par le potentiomètre 25, la bascule 27 change d'état et provoque l'ouverture des relais 20.

En comparaison avec la figure 1, on comprend que le moyen d'isolation 6 est constitué ici par le transformateur 23.

Le circuit à seuil 7 est constitué par le circuit redresseur 24 et le potentiomètre 25, et le moyen de connexion et de déconnexion 8 par la bascule 27 et les relais 20.

Pour une réalisation optimum du dispositif de l'invention, le primaire 21 du transformateur 23 doit être adapté à fonctionner à partir de 1 à 2 milli-ampères. De cette manière tout défaut d'isolement d'une des lignes 1 p rapport à la terre 16 est détecté et provoque la déconnexion de ces lignes 1 par rapport aux lignes 2.

Le transformateur d'isolement 50 permet de détecter les surtensions apparaissant sur les lignes 2 et de déclencher la déconnexion électrique des lignes 1 et des lignes 2.

Le tore 51 permet de détecter les défauts d'isolation des lignes 1 par rapport à la terre : en effet un défaut d'isolation entre une ligne 1 et la terre 16 provoque une surtension entre les lignes d'alimentation 17 et 18 du tore 51, surtension qui est détectée par le circuit à seuil 7.

Le tore 51 peut être spécialement adapté pour donner une sensibilité de deux milliampères au dispositif. Par exemple, ces deux milliampères peuvent, en sortie du tore 51, correspondre à trente millivolts. Un tel seuil de déclenchement permet une excellente protection des personnes sans risquer les déclenchements dûs aux parasites sur le réseau.

Un autre avantage de ce mode de réalisation est que les parasites de courte durée apparaissant sur les lignes 1 ne provoquent pas de déconnexion, l'énergie correspondant à ses parasites étant insuffisante pour déclencher le fonctionnement de l'opto-coupleur 26.

En se référant maintenant à la figure 3, on voit un organigramme de fonctionnement du dispositif selon l'invention.

Cet organigramme permet de préciser notamment la programmation du processeur 9 et les moyens permettant de réaliser des variantes du mode de réalisation présenté en regard des figures 1 et 2.

On trouve dans cette figure 3 des lignes 1 reliées à des lignes d'alimentation 2 du secteur 31 et d'une source d'alimentation 2 du secteur 31 et d'une source d'alimentation autonome 32 par des moyens de connexion et de déconnexion 8, et à une carte de détection 12. Un analyseur de défauts 33 est relié en ses entrées à la carte de détection 12 et à un moyen de programmation 34. En ses sorties il fournit des signaux de déconnexion 35 et de reconnexion 36 du secteur et des signaux de déconnexion 37 et de reconnexion 38 de l'alimentation autonome 32, des signaux d'affichage 39, de mémorisation 40 et de signalisation 41.

Le moyen de détection 12 est constitué de lune des cartes présentées en regard des figures 2 ou 7, la deuxième étant cependant préférentielle.

La source d'alimentation autonome 32 est constituée d'une batterie, d'un onduleur ou d'autres moyens électrogènes.

L'analyseur de défauts 33 analyse notamment sur les lignes 1 les surtensions, les courants porteurs, les parasites, les micro-coupures, les variations de tension ou de fréquence. Ces données sont mémorisées, affichées ou signalées en fonction de leur importance ou de leur répétition.

La connexion de l'alimentation autonome 32 et la déconnexion conjointe du secteur 31 sont par exemple ordonnées lorsqu'une micro-coupure dure plus d'une seconde. Un signal de reconnexion 36 ou 38 est donné, après une déconnexion, dans un délai d'attente mémorisé par programmation. Cependant, ce délai peut être variable en fonction des informations précédemment mémorisées. Par exemple, après dix reconnexions réalisées dans un certain délai, le délai entre la déconnexion et la reconnexion peut être allongé pour protéger les systèmes électriques reliés aux lignes 1.

I1 est à noter que plusieurs cartes de détection 12, chacune reliée à un système électrique donné, peuvent être connectées à un seul analyseur de défauts 33. L'analyseur de défauts mémorise alors une identification de la carte de détection qui lui fournit des signaux de défaut.

Pour que l'analyseur de défauts 33 obtienne les informations sur l'état des lignes 2, plusieurs moyens peuvent être utilisés.

D'une part, pour la détection des surtensions, une résistance élevée, par exemple de 1 mégohm, peut être connectée en serie avec un opto-coupleur aux lignes 2. L'opto-coupleur peut être connecté en sortie avec plusieurs comparateurs de seuils règlés à des valeurs différentes, la sortie des comparateurs étant reliée à une ligne d'interruption du processeur 9.

D'autre part, pour la détection des sous-tensions, on peut ajouter un filtre passe-bas entre l'opto-coupleur lié à la mesure de surtensions et un comparateur.

Enfin, la mesure de fréquence peut être réalisée par comptage des passages à zéro de la tension des lignes 1. Un compteur lié à une horloge et un comparateur permettent de réaliser aisément cette fonction.

Le moyen de programmation 34 est, par exemple, constitué d'un clavier.

La réalisation d'un seuil réglable peut consister en l'utilisation d'un transistor à effet de champ relié à un convertisseur numérique analogique dont l'entrée est reliée au processeur 9. Une autre réalisation de ce seuil réglable peut consister en l'utilisation de plusieurs résistances de valeurs différentes7 l'une de ces résistances étant sélectionnée par un commutateur relié au processeur 9.

Cet organigramme et la description de la figure 1 permettent de réaliser le processeur 9. On pourra, à cet effet, se référer à la constitution des cartes de traitement du signal et des cartes à microprocesseur.

Si on se réfère à la figure 4 on voit les connexions du dispositif à un réseau de distribution monophasé ou triphasé.

On y voit reliés entre eux successivement des lignes de distribution 42, un compteur 43, un transformateur différentiel 44, un moyen 8 de connexion et de déconnexion, un transformateur d'isolement 45, un moyen de connexion et de déconnexion 8 et une des lignes d'alimentation d'une installation électrique 46. Un circuit de détection 12 est connecté aux lignes 42. Le processeur 9 est relié à ce circuit de détection 12, à la terre 16 et aux moyens de connexion et de déconnexion 8.

Selon cette insertion du dispositif dans l'installation électrique d'un local relié à un réseau de distribution, la reconnexion se fait en deux temps, de telle manière que les systèmes électriques reliés aux lignes électriques 1 sont protégés.

La figure 5 représente un autre schéma de réalisation d'une carte de détection 12 qui peut remplacer celle qui est représentée à la figure 2.

L'une des caractéristiques de l'invention consiste en l'isolement électrique du pont 4 et de la sortie de l'amplificateur 6, le dispositif présentant une très grande sensibilité grâce à ce découplage électrique. Toute alimentation du circuit à seuil 7 qui serait commune avec l'une des lignes 1 détériorerait cette sensibilité.

Dans la figure 2, le circuit à seuil 7 est alimenté électriquement par le transformateur 23, dans lequel le tore primaire 21 et le tore secondaire 22 sont isolés l'un de l'autre.

D'autres moyens d'alimentation du circuit à seuil 7 électriquement isolés du pont 4 sont possibles : alimentation par cellule solaire, par pile, par batterie, par accumulateur ou par transformateur.

Dans la figure 5 un de ces moyens d'alimentation du circuit à seuil est constitué d'un transformateur.

Dans cette figure 5 on voit des lignes d'alimentation 2 séparés de lignes électriques 1 par un moyen de déconnexion 8, un pont 4 comportant un point de potentiel flottant 5 relié à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 42, cet amplificateur 42 étant alimenté par un transformateur 43 relié aux lignes 2, la sortie de l'amplificateur opérationnel 42 étant reliée à un convertisseur analogique 44 lui-même relié au processeur 9, lequel est relié au moyen de déconnexion 8.

Un des avantages de ce mode de réalisation réside en ce que le processeur 9 peut analyser les irrégularités des potentiels portés par les lignes 1 grâce à des valeurs numériques. L'analyse des surtensions, des micro-coupures, des changements de fréquence est alors rendue possible.

D'autres modes de réalisation suggérés par les remarques faites en regard de la figure 5 permettent de réaliser d'autres dispositifs conformes à l'esprit de l'invention.

Il est à noter que le dispositif réalisé selon la description des figures 1 à 4 peut permettre de détecter des chocs électriques dûs à la foudre dans un rayon de cinquante kilom-tres de son point d'impact.

Le connecteur 11 relié au processeur 9 permet aussi la sortie d'informations sur imprimante, sur modulateurdémodulateur. La mémorisation des évènements anormaux se produisant sur les lignes 2 permet aussi l'analyse d'experts en cas de litiges avec le fournisseur d'électricité, ou en cas de détériorations d'appareils sous garantie ou sous contrat de maintenance.

Il est à noter que le dispositif objet de la présente invention doit préférentiellement comporter un circuit de détection devant chaque appareil sensible aux variations d'alimentation et en amont et en aval de chaque transformateur, ou onduleur de l'installation électrique protégée. De plus, chaque ligne 2 peut être surveillée par une carte de détection particulière 12.

Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède de certains de ses modes de réalisation, susceptibles de subir un certain nombre de modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1) Dispositif de protection d'installations électriques comportant des lignes électriques (1) reliées à des lignes d'alimentation électrique (2) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un pont de résistances (4) reliant les lignes électriques (1) et créant en un de ses point (5) un potentiel flottant fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation ; un moyen d'isolation (6) reliés à ce point (5) ; un circuit à seuil (7) relié à la sortie de ce moyen d'isolation (6) ; un processeur (9) connecté à la sortie de ce circuit à seuil (7) et un moyen (8) de connexion et de déconnexion des lignes d'alimentation (2) des lignes électriques (1) commandé par ledit processeur (9) de telle manière qu'une variation anormale de tension sur une des lignes électriques (1) provoque une variation du potentiel flottant au point (5), cette variation étant détectée par le circuit à seuil (7) qui la transmet au processeur (9), lequel provoque par l'intermédiaire du moyen (8) la déconnexion des lignes d'alimentation (2) des lignes électriques (1).
2. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le pont de résistances (4) est relié à des lignes sortant d'un transformateur d'isolement (50) lui-même relié aux lignes (2).
3. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen d'isolation (6) est un transformateur (23, 43).
4. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le processeur (9) est adapté à reconnecter les lignes (1) avec les lignes (2) après une séparation de ces lignes, dans un délai programmable.
5. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un tore (51) disposé autour de deux lignes (1) d'une installation monophasée de telle manière qu'un défaut d'isolation entre la terre (16) et l'une des lignes (1) provoque une surtension entre les lignes d'alimentation (17, 18) du tore (51) reliées au pont de résistances (4).
6. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le processeur (9) est adapté à règler la valeur du seuil réglable.
7. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une bascule (27) placée électriquement entre le circuit à seuil (7) et le moyen (8) de connexion et de déconnexion.
8. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ponts de résistances (4) reliant chacun des lignes électriques (1) et créant chacun en un point (5) un potentiel flottant fixe au cours du fonctionnement normal de l'installation, des moyens d'isolation (6) reliés à ces différents points (5), des circuits à seuil (7) reliés à la sortie de ces moyens d'isolation (6) et des moyens (8) de connexion et de déconnexion des lignes d'alimentation (2) des lignes (1) commandés par un seul processeur (9).
9. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur (11) pour clavier et/ou affichage.
10. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire conservant des informations sur les incidents survenus sur les lignes (2), ladite mémoire pouvant être connectée à un système informatique ou à un moyen d'enregistrement.