FR2688951A1 - Dispositif et installation de distribution electrique terminale. - Google Patents

Dispositif et installation de distribution electrique terminale. Download PDF

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Abstract

Dispositif de répartition électrique à ségrégation automatique de défaut et remise en service automatique, permettant la télécommande de tous les récepteurs de l'installation au moyen de deux bus de communication hiérarchisés. Il comporte, sur le fil de phase (2) de la ligne d'arrivée commune (1), un interrupteur électronique statique (28) qui, en cas de détection de la naissance d'un défaut par un des capteurs (16, 20) placés sur l'une des lignes de départ (4), est automatiquement ouvert par une unité de traitement (30). Le relais d'isolement (24) de cette ligne de départ est alors actionné à l'ouverture, puis le relais statique (28) est refermé, l'ensemble se déroulant en moins de 5 millisecondes. Des ordres internes (31, 32) ou externes (33) d'ouverture ou de fermeture peuvent aussi être transmis à cette unité de traitement (30), soit dans le premier cas par une liaison (32) à protocole simplifié, soit dans l'autre cas par un bus (33) à protocole élaboré, pouvant aussi être connecté à d'autres dispositifs de distribution semblables.

Description

DISPOSITIF ET INSTALLATION DE
DISTRIBUTION ELECTRIQUE TERMINALE
La présente invention se rapporte à un dispositif de distribution terminale d ' énergie électrique alternative avec plusieurs départs en aval et une arrivée commune de tension électrique alternative en amont. Elle se rapporte également à une installation de distribution électrique terminale comportant plusieurs dispositifs de ce type.
On connait un dispositif de protection et de distribution électrique terminale dont la finalité est d'ordre strictement mécanique et qui comprend sur 1' arrivée commune phase-neutre un appareil général de protection, ou appareil de tête, comportant d'une part des contacts mobiles de sectionnement simultané du fil de phase et du fil de neutre qui sont actionnables à distance par l'intermédiaire d'un relais incorporé à cet appareil de tête, et comportant d'autre part un déclencheur électromagnétique à action dite "instantanée" qui est placé sur le seul fil de phase et qui a pour rôle d ' assurer la protection contre les courants de courtcircuit en provoquant le déclenchement du disjoncteur que constitue cet appareil de tête en cas de court-circuit aval. Sur le fil de phase de chaque départ est placé d'une part un capteur de courant, tel qu'un transformateur d'intensité, ainsi qutun interrupteur télécommandé à relais de commande électromagnétique.
Chaque cable de départ peut aussi être équipé d'un capteur différentiel homopolaire pour la détection des défauts de masse.
Une unité de traitement électronique à microprocesseur reçoit les signaux délivrés par 1 ensemble de ces capteurs de courant1 et peut aussi recevoir des signaux de commande extérieure. Elle fournit sur ses sorties des signaux de commande d 'ouverture et de fermeture aux relais précités, qui équipent donc le disjoncteur-interrupteur de l'appareil de tête, et aux interrupteurs télécommandés placés sur les cables de départ.
Les capteurs prévus sur chaque câble de départ n'interviennent qu'en cas de surcharge ou de défaut à la terre, et ils entrainent, via l'unité électronique de traitement, 1 'ouverture soit provisoire soit définitive de 1' interrupteur divisionnaire télécommandé placé sur ce câble.
En revanche, la protection contre les court-circuits est assurée par le disjoncteur électromagnétique de 1' appareil de tête, qui déclenche de façon réflexe en cas de court-circuit dans un récepteur connecté à une des lignes de départ. Afin d'assurer une certaine continuité de services sur les circuits non défectueux, 1 'unité électronique de traitement délivre alors, avec un faible retard, un ordre d ' ouverture à l'interrupteur divisionnaire à commande électromagnétique qui est situé sur le câble de départ du circuit défectueux, puis un ordre de refermeture "immédiate" du disjoncteur de tête. I1 est également prévu, pour améliorer cette continuité de services, de programmer un essai de -refermeture de 1 'interrupteur divisionnaire de câble de départ avant sa condamnation définitive.
Ce dispositif de distribution électrique terminale connu présente néanmoins quelques inconvénients
. La continuité de services prévue dans le cas de court-circuit
n' est pas absolument parfaite car un cycle complet de
déclenchement du disjoncteur de tête, d'ouverture du du relais
divisionnaire du circuit défectueux, puis de refermeture du
disjoncteur de tête, nécessite en réalité un temps de manoeuvre
global qui est nettement supérieur à la limite supérieure
d ' environ 5 millisecondes qui seule permet de rendre
pratiquement imperceptible la coupure des autres récepteurs. Par
ailleurs, il est bien prévu un cycle de revérification du défaut
par un essai de refermeture de ce relais dévisionnaire, mais cet
essai implique de refermer éventuellement ce relais sur un
court-circuit, ce qui vient solliciter une nouvelle fois le
disjoncteur de tête, qui est normalement prévu pour déclencher
de façon exceptionnelle pour un courant égal à environ dix fois
le courant nominal, c ' est à dire somme-toute pour un courant
anormalement important.
. Conformément aux règles de l'art, il n'est pas d'usage de
refermer un disjoncteur sur défaut par des moyens automatiques:
le dispositif précité n' est donc pas pratiquement utilisable.
L invention vise à remédier à ces inconvénients et a surtout une finalité différente puisqu' elle n' assume pas la protection au sens normatif; cette invention a une double finalité: . une continuité de service véritable, par sélectivité totale avec tout appareillage amont de protection et automatisme de remise en service; . une télécommande des récepteurs à travers des bus hiérarchisés.
Elle se rapporte à cet effet à un dispositif de distribution terminale d'énergie électrique alternative, avec plusieurs départs en aval et une arrivée commune de tension alternative, un disjoncteur normalisé étant classiquement prévu en amont de cette arrivée commune et chacun de ces départs comportant un capteur de surintensité, . un capteur différentiel d'isolement, et un relais divisionnaire télécommandable qui est placé sur le fil de phase, les signaux électriques délivrés par ces capteurs étant appliqués à une unité électronique de traitement et de commande fonctionnant en mode "réflexe" qui est apte à délivrer des signaux de commande d' ouverture et de fermeture à ces interrupteurs divisionnaires commandables, ce dispositif se caractérisant en ce qu'un interrupteur statique électronique rapide est en outre prévu sur 1' arrivée commune, sur le fil de phase, cet interrupteur statique rapide recevant de l'unité électronique de traitement, en cas de naissance d'une anomalie détectée par l'un ou l'autre des capteurs, un ordre d'ouverture (1ère phase), cet ordre d'ouverture étant suivi (2ème phase) d'un ordre d'ouverture du relais divisionnaire du départ défectueux, puis (3ème phase) d'un ordre de refermeture dudit interrupteur statique, cette séquence en trois phases successives se déroulant sur une durée totale qui, restant par exemple inférieure à environ 5 millisecondes, est pratiquement imperceptible pour les récepteurs connectés à chacun de ces départs.
Avantageusement, cette unité électronique de traitement est aussi apte à opérer en mode "volontaire" et à recevoir des ordres de commande extérieurs, résultant par exemple en 1 'ouverture ou la fermeture d'au moins un des interrupteurs divisionnaires, ces ordres de commande pouvant soit provenir d'un moyen de commande locale à liaison de protocole simplifié, soit d'un moyen de commande externe à bus de protocole plus élaboré. Dans ce dernier cas, ce bus de commande externe à protocole élaboré peut faire partie d ' une installation de distribution électrique terminale comprenant plusieurs zones de distribution chacune équipées d'un dispositif de distribution terminale du type précité, ce bus à protocole élaboré étant alors connecté à chacun de ces dispositifs.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin schématique annexé dans lequel
Figure i est un schéma synoptique de ce dispositif de
distribution électrique terminale phase-neutre; et
. Figure 2 est un schéma synoptique unifilaire d'une installation
de distribution terminale phase-neutre incluant plusieurs zones
de distribution qui sont chacune pourvues d ' un dispositif selon
Figure 1.
En se reportant à la Figure 1, il s'agit ici d'un dis positif de distribution phase-neutre d énergie électrique alternative monophasée basse-tension vers divers récepteurs placés dans le local et non représentés au dessin.
I1 est admis ici que ces récepteurs sont des appareils électriques, des récepteurs de télévision ou d ' ondes radioélectriques, des lampes d'éclairage, des convecteurs, des appareils électroménagers , qui peuvent supporter des coupures d'alimentation d'une durée pouvant aller jusqu a environ cinq millisecondes sans conséquences visuelles ou effectives sur leur fonctionnement, ce qui ne serait pas le cas pour certains appareils de calcul informatique.
Ce dispositif de distribution comporte une arrivée bifilaire commune 1, avec un fil de phase 2 et un fil de neutre 3, et ici quatre départs bifilaires 4 à 7 qui sont branchés en dérivation sur cette arrivée commune 1, avec chacune son fil de phase, respectivement 8 à 11, et son fil de neutre, respectivement 12 à 15.
Sur chaque départ 4 à 5 est respectivement prévu d'une part un détecteur différentiel de fuite à la terre, respectivement 16 à 19, par exemple à tore homopolaire entourant le fil de phase et le fil de neutre, et d 'autre part un détecteur de surintensité, respectivement 20 à 23, qui est placé sur le fil de phase, tous ces capteurs étant réglables indépendamment pour chaque départ.
Sur le fil de phase, respectivement 8 à 11, de chacun de ces départs est en outre placé un relais divisionnaire télécommandé, ou relais d'isolement, respectivement 24 à 27, qui est constitué par un simple relais électromécanique sans pouvoir de coupure, et donc très bon marché . Un petit relais d ' isolement de ce type réagit en une milliseconde environ.
Une unité électronique de calcul et de commande 30, tel qu'un microprocesseur, reçoit les signaux en provenance des capteurs 16 à 20 et donne des ordres de commande d'ouverture et de fermeture aux relais d'isolement 24 à 27, comme indiqué par les quatre groupes de chacun trois interconnexions qui sont référencés I à IV.
Bien entendu, un appareil de protection règlementaire normalisé, ou disjoncteur différentiel, non représenté, est prévu en tête de la ligne bifilaire d' arrivée 1.
Conformément à un aspect essentiel de l'invention, un interrupteur statique électronique 28 est placé, en aval du disjoncteur de tête, sur le fil de phase 2 de la ligne d'arrivée 1, la borne de commande 29 de cet interrupteur statique étant connectée à une des portes de sortie du microprocesseur 30.
Un interrupteur statique de ce type est extrêmement rapide, son temps de réaction à un ordre d' ouverture ou de fermeture étant classiquement de l'ordre de la microseconde.
En plus de la commande automatique "réflexe" qui provient des capteurs 16 à 23, et selon un aspect optionnel mais avantageux de 1 invention, le microprocesseur peut également recevoir, essentiellement pour agir sur les relais 24 à 28 afin de les ouvrir ou de les refermer, des ordres "volontaires" de commande Soit des ordres "locaux" provenant d'un ensemble 31 d'organes
de commande (clavier, thermostat et/ou autre type de
détecteurs, ...) placés dans le local alimenté par les départs 4
à 7, ces ordres locaux étant appliqués au microprocesseur 30
via une liaison, ou bus, 32 à protocole très simplifié
(éventuellemement unidirectionnel). Cette communication directe
32 est avantageusement réalisée en Très Basse Tension ( TBT 5
Volts par exemple ) pour plus de sécurité et de facilité de
pose.
Soit des ordres "lointains", qui lui sont appliqués, en
provenance d'un ou plusieurs modules, de commande extérieurs au
présent local, via un bus d ' interconnexion 33 à protocole bien
plus élaboré, et donc bien plus onéreux que le bus 22.
Le fonctionnement de ce dispositif de distribution électrique est le suivant
En cas de naissance d'un défaut dans un des circuits de départ 4 à 5 dû soit à la naissance d'une surintensité (surcharge ou court-circuit) ou d'un défaut de masse, la naissance de ce défaut est quasi-instantanément transmise par le capteur, 16 à 23, correspondant au microprocesseur 30. Ce dernier réagit alors immédiatement par un ordre d'ouverture de l'interrupteur statique 28, suivi d'un ordre d'ouverture du relais d'isolement, 24 à 27, concerné (c'est à dire se trouvant sur le circuit de départ, 4 à 7, qui comporte ce capteur). Puis, après le laps de temps suffisant pour cette ouverture du relais d'isolement, il commande la refermeture du relais statique 28.
La ligne de départ, 4 à 7, sur laquelle s'est produit le défaut est alors isolée, tandis que les trois autres lignes de départ sont remises en circuit.
Il est à noter que l'ouverture du relais d'isolement concerné s est alors produite tandis que ce relais était horstension, et que la coupure de l'alimentation électrique des trois lignes sans défaut a en tout duré moins de 5 millisecondes.
Finalement, 1 'opération d ' isolement automatique du départ en défaut est ainsi réalisée en trois phases PREMIER PHASE : détection de la naissance du défaut et
ouverture du relais statique 28.
DEUXIEME PHASE : ouverture du relais d ' isolement du départ en
défaut.
. TROISIEME PHASE : refermeture du relais statique 28.
Il convient de bien noter que les capteurs détectent le défaut à sa naissance, c ' est à dire avant que le courant ait eu le temps de croitre beaucoup, de sorte que le disjoncteur en amont, qui est prévu pour déclencher rapidement pour un courant bien plus considérable (de l'ordre de 10 fois le courant nominal), n'est pas sollicité. Ce disjoncteur amont n'est alors qu'un organe de sécurité légal et absolu, apte en fait à déclencher en cas de défaut sur le présent dispositif de distribution lui-même.
En cas de commande externe, soit locale par l ' intermédiaire de la liaison simplifiée 32, soit lointaine par l ' intermédiaire du bus 33, la coupure ou la mise en service, respectivement par ouverture ou fermeture du relais d ' isolement concerné, de l'une ou l'autre des lignes de départ 4 à 7 s' effectue selon les trois phases précitées, c 'est-à-dire que la manoeuvre d'un relais d'isolement s 'effectue toujours avec l ' interrupteur statique 28 ouvert, mais toutefois la première phase est simplifiée du fait qu'elle s effectue en un seul temps d ' ouverture de cet interrupteur statique, sans second essai au prochain passage à tension nulle.
En revenant au cas du déclenchement interne sur défaut, la continuité de service est avantageusement parfaite par des vérifications extérieures qui sont pilotées par I 'unité de commande 30 de la façon suivante
Environ une seconde après la détection précitée d'un défaut, un
nouveau cycle de manoeuvre en trois phases est déclenché par le
microprocesseur (ouverture du relais statique 28, fermeture du
relais d'isolement divisionnaire, refermeture "interrogative" du
relais statique), ce qui permet de vérifier soit la persistance
soit la disparition du défaut. Afin de s ' affranchir d ' éventuels
défauts transitoires liés à des charges capacitives, et donc
d' éviter la mise hors-circuit alors non justifiée du départ
concerné, le microprocesseur 30 synchronise la refermeture
interrogative du relais statique 28 au prochain passage par zéro
de la tension alternative d'alimentation.
. Si ce défaut est toujours présent, une alerte visuelle et/ou
sonore est alors émise, sous commande du microprocesseur 30 et
par un dispositif d'alarme non représenté, signalant le besoin
de réparation ou de déconnexion du récepteur défectueux.
. Un nouveau cycle de vérification en trois phases est ensuite
répété toutes les 10 minutes environ, jusqu'à disparition du
défaut. Il faut observer que cette procédure de vérification de
défaut se fait sans solliciter 1' appareil amont de protection
règlementaire et qu' elle se fait avec une limitation importante
du courant de défaut.
Sur la Figure 2 est représentée une installation de distribution électrique terminale phase-neutre qui comporte, chacun dans une zône ou local qui lui est propre, plusieurs dispositifs Dl, D2, D3 ..., semblables ou identiques à celui qui vient d'être décrit en référence à la Figure 1.
Ces dispositifs de distribution D1, D2, D3, ..., ont leurs microprocesseurs respectifs interconnectés par le bus 33 à protocole élaboré précité. Ces microprocesseurs respectifs sont également connectés, chacun dans sa propre zône, à des dispositifs de commande locaux 311, 312, 313, ..., qui comportent par exemple chacun . un clavier de commande 341, 341, 343, ...; un thermostat 351, 352, 353, ...; et un autre type de détecteur ambiant (température, luminosité,
humidité, mouvement, ou autre) 361, 362, 363,
Ces dispositifs de commande locaux sont connectés à leurs microprocesseurs respectifs via un bus unidirectionnel à protocole très simple, respectivement 321, 322, 323, ...
Bien entendu, chaque unité logique locale à microprocesseur est pourvue d'interfaces adaptées aux protocoles des bus de communication, 33 d'une part et 321 à 323 d'autre part.
On reconnait sur la Figure 2 les différents départs 41 à 43, 51 à 53, 61 à 63, 71 à 73, semblables aux départs 4 à 7 de
Figure 1, et les différentes arrivées correspondantes lDî à 1D3, ces dernières étant dérivées de la ligne commune d ' alimentation phase-neutre 39 qui provient du réseau.
Il est à noter que chaque dispositif de distribution Dl,
D2, D3, ..., se prête particulièrement bien à la gestion d'une même zône, ou local, de l'installation, en augmentant le confort de cette installation puisque tous les récepteurs peuvent être isolés individuellement.
Ce dispositif est avantageusement placé dans 1' environnement immédiat de cette zône pour réduire le câblage d' alimentation vers les récepteurs et, préférentiellement, est placé en vide de construction puisque son fonctionnement normal ne nécessite pas de manipulation humaine.
La dualité des moyens de communication des commandes, avec le bus 33 à protocole élaboré d'une part et les bus 321 à 323 à protocole simplifié d ' autre part, permet d'optimiser la communication et de minimiser les coûts. En particulier, pour réaliser les communications locales directes 321 à 323, des organes basés sur la technologie et les composants DTMF ("Dual Tone
Modulated Frequency") qui sont largement employés en téléphonie peuvent être utilisés, ce qui permet de bénéficier des faibles coûts atteints par cette industrie de fort volume.
Comme il va de soi, l'invention n' est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi que le moyen de communication locale 321 à 323 à protocole simple peut, pour chaque interface indépendamment, être indifféremment de type fil dédié, à courant porteur de ligne, bus, ou sans fil (infrarouge, radio-fréquence, ...).
Bien qu'il ait été ici décrit une installation monophasée de type phase-neutre, il pourrait tout aussi bien s ' agir d ' une installation polyphasée, comportant un fil de neutre ou non.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de distribution terminale d'énergie électrique alternative, avec plusieurs départs (4 à 7) en aval et une arrivée commune de tension alternative (1) en amont, un disjoncteur différentiel normalisé étant prévu sur cette arrivée commune (1) et chacun de ces départs (4) comportant au moins . un capteur de surintensité (20), . un capteur différentiel d'isolement (16), et un relais divisionnaire télécommandable (24) qui est placé sur le fil de phase (8), les signaux électriques délivrés par ces capteurs (16 à 23) étant appliqués à une unité électronique de traitement et de commande (30) qui est apte à délivrer des signaux de commande d'ouverture et de fermeture aux interrupteurs divisionnaires commandables (24 à 27), caractérisé en ce qu' un interrupteur statique électronique rapide (28) est en outre prévu sur l'arrivée commune (1), sur le fil de phase (2), cet interrupteur statique rapide (28) recevant de l'unité électronique de traitement (30), en cas de naissance d'un défaut détecté par l'un ou l'autre des capteurs (16 à 23), un ordre d'ouverture (1ère phase), cet ordre d'ouverture étant suivi (2ème phase) d'un ordre d'ouverture du relais divisionnaire (24 à 27) du départ défectueux, puis (3ème phase) d'un ordre de refermeture dudit interrupteur statique (28), cette séquence en trois phases successives se déroulant sur une durée totale qui, restant par exemple inférieure à environ 5 millisecondes, est pratiquement imperceptible pour les récepteurs connectés à chacun de ces départs (4 à 7).
2 - Dispositif de distribution terminale selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité électronique de traitement (30) est prévue pour peu après, par exemple une seconde après, la détection de ce défaut ayant entrainé 1 'ouverture de l'interrupteur dudit relais divisionnaire (24 à 27), déclencher un cycle de vérification de la persistance ou de l'élimination du défaut au cours duquel ledit interrupteur du relais divisionnaire est refermé, puis automatiquement réouvert si ce défaut est toujours présent, ceci pour s 'affranchir des courants transitoires capacitifs, ce cycle de vérification étant organisé pour synchroniser la fermeture interrogative de l'interrupteur statique.
3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu pour, si ce défaut persiste après ce cycle de vérification, déclencher un dispositif d'alerte signalant le besoin de réparation ou de déconnexion d'un récepteur défectueux.
4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est prévu pour répéter ensuite, à de plus grands intervalles de temps, par exemple toutes les 10 minutes, un nouveau cycle de vérification jusqu ' à disparition de la détection du défaut.
5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que cette unité électronique de traitement (30) est aussi apte à recevoir des ordres de commande extérieurs, en particulier d 'ouverture ou de fermeture d ' au moins un desdits interrupteurs divisionnaires ( 24 à 27), ces ordres de commande pouvant soit provenir d'un moyen de commande locale (31) à liaison (32) de protocole simplifié, soit d'un moyen de commande externe (37, 38) à bus (33) de protocole plus élaboré.
6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu pour, dans le cas d'une commande extérieure d'une manoeuvre d'ouverture ou de fermeture d'un desdits interrupteurs divisionnaires (24 à 27), réaliser cette manoeuvre toujours en trois phases, avec ladite première phase correspondant à l'ouverture de l'interrupteur statique (28) et la troisième phase, à la refermeture de celui-ci au prochain passage à zéro de la tension alternative d ' alimentation.
7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est susceptible d'être placé en vide de construction du local contenant lesdits départs (4 à 7).
8 - Dispositif selon 1 'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la commande locale est réalise via un bus (32) à protocole simplifié, d' accès direct ou indirect.
9 - Installation de distribution terminale d' énergie électrique alternative dans plusieurs zones comprenant chacune un dispositif de distrbution terminale (Dl1 D2, D3) selon la revendication 5, caractérisée en ce que ces dispositifs (Dl, D2, D3) sont tous connectés sur un même bus externe (33) à protocole élaboré et apte à leur transmettre des ordres de commande.
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