FR2694142A1 - Disjoncteur de protection contre des défauts à la terre. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne les équipements de protection d'installations électriques. Un disjoncteur de protection contre des défauts à la terre conforme à l'invention peut fonctionner dans des systèmes monophasés ou polyphasés, avec une plage de tensions alternatives d'entrée de 70 à 264 volts, des fréquences de 50 ou 60 hertz, et des courants de déclenchement sur des défauts à la terre de 6 à 30 milliampères. Un circuit (33) produisant un facteur de puissance qui correspond à un déphasage avant, est connecté à l'enroulement secondaire (31) du transformateur différentiel (23) du disjoncteur, pour permettre au circuit magnétique de réagir à des signaux pulsés en courant continu. Des moyens (79) sont incorporés pour assurer la continuité de la protection dans le cas où le conducteur de neutre (13) est ouvert, et un circuit de temporisation (81, 83, 85) empêche la circulation d'un courant vers le conducteur de terre (15) jusqu'à l'interruption complète du courant dans le conducteur de neutre. Application à la sécurité des installations électriques.
Description
i Cette invention concerne de façon générale un disjoncteur de
protection contre les défauts à la terre, et elle concerne plus parti-
culièrement un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui est conçu pour fonctionner efficacement sur une gamme étendue de conditions de fonctionnement, aussi bien nationales qu'internationales. Les disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre protègent contre des chemins de courant vers la terre, non désirés, qui peuvent créer des conditions dangereuses Une forme courante d'un tel disjoncteur de protection contre les défauts à la terre comprend un
amplificateur différentiel ayant un circuit magnétique avec des enrou-
lements primaires opposés, un enroulement primaire étant traversé par du courant qui provient du conducteur de phase de la ligne électrique, tandis que l'autre enroulement primaire est traversé par un courant de retour qui provient du conducteur de neutre Ces enroulement primaires produisent dans le circuit magnétique des flux magnétiques qui circulent dans des directions opposées, ce qui correspond à ce que l'on appelle une condition "d'opposition" Si tout le courant du conducteur de phase qui circule vers la charge retourne par le conducteur de neutre, les
flux seront égaux et s'annuleront mutuellement Cependant, si une cer-
taine fraction du courant de charge est absorbée par un chemin non dé-
siré vers la terre, les flux en opposition ne s'annuleront pas et un
flux résultant circulera dans le circuit magnétique.
Un enroulement secondaire est également placé sur le circuit magnétique Le flux résultant qui circule lorsqu'un déséquilibre se produit dans les courants qui circulent dans les enroulements primaires induira un signal dans l'enroulement secondaire Le signal induit dans
l'enroulement secondaire est dirigé vers le circuit de commande du dis-
joncteur de protection contre les défauts à la terre, pour ouvrir le
conducteur de phase et empêcher ainsi l'apparition d'une condition dan-
gereuse.
Ce type de disjoncteur de protection contre les défauts à la terre a été utilisé depuis un certain temps, et diverses modifications et améliorations lui ont été apportées de temps à autre pour satisfaire des conditions particulières Par exemple, le brevet des E U A no 4 598 331, déposé par le présent inventeur, décrit une configuration dans laquelle le conducteur de phase est ouvert si une condition de neutre ouvert ou de conducteur de terre ouvert est détectée Il existe cependant d'autres situations dans lesquelles il serait préférable de maintenir la protection qu'assure le disjoncteur de protection contre
les défauts à la terre même si le conducteur de neutre est interrompu.
Les applications de disjoncteurs de protection contre les dé-
fauts à la terre font intervenir une grande variété de conditions dans le monde entier Par exemple, aux Etats-Unis il a été décidé que pour assurer la protection des personnes, un courant de défaut à la terre supérieur à 6 milliampères ne pouvait pas être toléré Cependant, dans d'autres pays, le courant de défaut à la terre admissible peut s'élever jusqu'à 30 milliampères Par conséquent, un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre prévu pour l'utilisation dans toutes les situations internationales doit être capable d'assurer une protection
contre des courants de défaut à la terre dans la gamme de 6-30 mil-
liampères. De plus, tous les pays n'utilisent pas la fréquence d'énergie alternative de 60 hertz qui est utilisée aux Etats-Unis De ce fait,
un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre pour des ap-
plications internationales doit être capable d'assurer une protection pour une gamme de fréquences de 50-60 hertz En outre, pour procurer
une souplesse maximale dans les applications, le disjoncteur de pro-
tection contre les défauts à la terre doit être capable de fonctionner aussi bien avec de l'énergie d'entrée monophasée que polyphasée, avec une charge à phases équilibrées ou déséquilibrées, et avec des tensions d'entrée phase-neutre allant de 70 à 264 volts (en alternatif) Toutes ces caractéristiques doivent pouvoir être obtenues avec un courant de
charge admissible s'élevant jusqu'à 100 ampères ou plus.
Dans certaines situations, le circuit magnétique du disjoncteur
de protection contre les défauts à la terre doit être capable de ré-
pondre à des exigences concernant des courants continus pulsés Des
disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre de l'art an-
térieur ne répondent pas actuellement à cette exigence d'une manière satisfaisante. Un autre problème qui apparaît concerne l'utilisation de mul-
tiples disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre con-
nectés à une ligne électrique Si on teste un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre en simulant un circuit de défaut à la terre pour ce disjoncteur, les autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre dans la série peuvent détecter le défaut à la terre et être activés sous l'effet de celui-ci Une situation similaire peut se présenter lorsqu'un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre ayant un conducteur de remplacement dirigé vers la terre est activé, et la formation d'un arc au contact qui ouvre le conducteur de neutre maintient la circulation du courant dans le conducteur de
neutre jusqu'à un instant postérieur au début de la circulation du cou-
rant dans le chemin de remplacement, vers le conducteur de terre.
Cette condition est également détectée comme un défaut à la terre par d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre, et
ces derniers peuvent être activés de façon indésirable.
Dans encore d'autres situations, il peut être souhaitable d'avoir le choix entre un disjoncteur et un contacteur de puissance pour ouvrir le ou les conducteurs de phase de la ligne électrique Des
dispositifs de l'art antérieur ne procurent pas une telle caractéristique.
La présente invention procure un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui répond à l'exigence selon laquelle il doit pouvoir fonctionner dans une gamme étendue de conditions de fonctionnement, pour éviter l'apparition de courants de défauts à la terre dangereux Le fonctionnement de base du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre est celui qui est décrit en relation avec
les dispositifs de l'art antérieur, avec un certain nombre de caracté-
ristiques supplémentaires.
En ce qui concerne la possibilité de continuer à fournir une protection contre les défauts à la terre même lorsqu'un conducteur de neutre est ouvert, des moyens de commande se présentant sous la forme de dispositifs faisant circuler un courant unidirectionnel, tels que des
diodes, sont utilisés pour diriger vers la terre le courant d'activa-
tion du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, lors-
que le conducteur de neutre est ouvert En fonctionnement normal, des exigences de réglementation interdisent l'existence d'un chemin de retour de courant vers la terre Cependant, dans le cas d'un neutre ouvert, on peut utiliser une très courte impulsion de courant vers la terre pour activer le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, sans créer des conditions dangereuses Un aspect important des moyens de commande consiste en ce que les diodes qui permettent
la circulation du courant vers la terre ont une chute de tension di-
recte plus élevée que celle des diodes qui permettent la circulation
du courant vers le neutre Ceci est nécessaire pour empêcher la circu-
lation du courant vers la terre pendant le fonctionnement normal.
On peut utiliser cette technique avec une configuration mono-
phasée ou polyphasée, comme l'illustrent les modes de réalisation pré-
férés qui sont décrits ici Dans l'un des modes de réalisation préfé-
rés, des moyens sont prévus pour permettre d'utiliser le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre avec un système monophasé
ou un système polyphasé, sans modification ou réglage du dispositif.
Dans le but de permettre au circuit magnétique du transforma-
teur différentiel de répondre à des exigences concernant des courants continus pulsés, on utilise des moyens qui sont destinés à donner au
circuit un facteur de puissance correspondant à un déphasage avant.
Une façon préférée pour obtenir ce facteur de puissance correspondant à un déphasage avant consiste à connecter un condensateur approprié
aux bornes d'un enroulement secondaire du transformateur différentiel.
On peut limiter la tension de crête de l'enroulement secondaire en con-
nectant une paire de diodes d'écrêtage dans des sens opposés aux bor-
nes de l'enroulement, en parallèle sur le condensateur donnant un fac-
teur de puissance qui correspond à un déphasage avant.
Pour éviter que d'autres disjoncteurs de protection contre des défauts à la terre ne soient activés inutilement, on utilise des moyens de retard pour empêcher la circulation d'un courant vers le conducteur de terre jusqu'à ce que la circulation du courant ait été interrompue dans le conducteur de neutre Le circuit de retard produit un retard suffisamment long pour permettre l'interruption de l'arc au moment
de l'ouverture du conducteur de neutre, avant de permettre la circu-
lation d'un courant vers le conducteur de terre Ce circuit de retard est également utile pour empêcher une activation non désirée d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre, lorsqu'on utilise un circuit de test pour produire un défaut à la terre simulé
pour l'un des disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre.
On peut former ce circuit de test en plaçant un enroulement secondaire supplémentaire sur le circuit magnétique du transformateur différentiel Lorsque le circuit de test est fermé, par exemple par un interrupteur actionné manuellement, la circulation d'un courant dans l'enroulement secondaire supplémentaire fait circuler un flux qui
simule l'existence d'un courant de défaut à la terre On peut alimen-
ter le circuit de test soit directement à partir du conducteur de pha-
se, soit à partir d'une sortie régulée du circuit de commande du dis-
joncteur de protection contre les défauts à la terre Pour que ces disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre réagissent à
divers niveaux de courants de défaut à la terre admissibles, confor-
mément à ce qui est fixé dans différents pays, on peut utiliser des moyens de réglage pour déterminer le niveau de déclenchement du
courant de défaut à la terre A l'heure actuelle, des niveaux de dé-
clenchement de 6, 10 et 30 milliampères sembleraient suffisants, mais on peut en prévoir davantage ou moins, en fonction des exigences ou de ce que l'on désire Les moyens de réglage peuvent être constitués
par une résistance variable ou remplaçable dans le circuit de com-
mande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre.
En utilisant un circuit régulateur, il est possible d'adapter le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il travaille sur une plage étendue de tensions d'entrée, comme des
tensions alternatives de 70 à 264 volts entre phase et neutre Le ré-
gulateur de tension peut être d'un type en cascade, dans lequel une paire de dispositifs de commutation sont forcés de se partager la
chute de tension sur la plage désirée de tensions d'entrée.
On peut utiliser divers dispositifs d'ouverture de circuit, comme par exemple un disjoncteur ou un contacteur de puissance Des contacts de disjoncteur fermés au repos dans le conducteur de phase
et dans le neutre peuvent être actionnés de façon à ouvrir les con-
ducteurs de phase et de neutre On réalise ceci en mettant sous ten- sion une bobine de déclenchement branchée en shunt D'autre part, si on désire utiliser un contacteur de puissance qui est excité dans les conditions normales, on peut incorporer des structures de commutation qui sont conçues pour ouvrir le conducteur dirigé vers la bobine
d'électro-aimant du contacteur, permettant ainsi aux contacts de re-
tourner à la position ouverte au repos.
On peut ainsi procurer un disjoncteur de protection contre les défauts à la terre qui fonctionne effectivement dans un grand nombre de conditions de fonctionnement différentes, tout en offrant
également une variété de caractéristiques différentes Il faut évidem-
ment noter qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser dans chaque situation toutes les caractéristiques ou la souplesse concernant les conditions de fonctionnement qui sont décrites ici Dans de nombreuses situations, moins de la totalité des caractéristiques et des avantages peuvent suffime Par conséquent, chacune des caractéristiques revendiquées peut
avoir un intérêt séparément des autres.
Ces buts, avantages et caractéristiques de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront ci-après, et des exemples de réalisation de l'invention, donnés à titre d'illustration mais non de limitation, sont représentés dans les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma de circuit simplifié d'un premier mode de réalisation préféré de la présente invention, La figure 2 est un schéma de circuit simplifié d'un second mode de réalisation préféré de la présente invention, et La figure 3 est un schéma de circuit simplifié d'un troisième
mode de réalisation préféré de la présente invention.
La figure 1 montre un disjoncteur de protection contre les
défauts à la terre comportant un conducteur de phase 11, un conduc-
teur de neutre 13 et un conducteur de terre 15 Un contact d'ouver-
ture de circuit 17 est placé dans le conducteur de phase 11, tandis qu'un contact d'ouverture de circuit similaire 19 est placé dans le conducteur de neutre 13 Des varistances à oxydes métalliques 21 et 22 sont connectées entre le conducteur de phase Il et les conducteurs de neutre et de terre 13 et 15, pour assurer une protection contre des tensions transitoires. Le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre
comporte un transformateur différentiel 23 Le transformateur dif-
férentiel 23 comporte un circuit magnétique 25, et des parties 27 et 29 des conducteurs respectifs 11 et 13 passent à travers le circuit
magnétique 25 pour former les enroulements primaires du transforma-
teur différentiel Les enroulements primaires 27 et 29 sont con-
nectés de façon à produire des flux opposés ou "en opposition" Par
conséquent, si la totalité du courant de charge retourne par le con-
ducteur de neutre, les flux dans les enroulements primaires s'an-
nuleront mutuellement.
Un enroulement secondaire 31 est également placé sur le cir-
cuit magnétique 25 du transformateur S'il apparaît un courant de terre dépassant une valeur prédéterminée (par exemple 6 milliampères), les flux qui sont produits par les enroulements primaires 27 et 29
ne s'annuleront pas et un flux résultant circulera dans le circuit ma-
gnétique 25 Cette circulation de flux induira dans l'enroulement
secondaire 31 un signal qui est ensuite dirigé vers le circuit de com-
mande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, pour
ouvrir les conducteurs de phase et de neutre.
Du fait que le circuit magnétique du transformateur dif-
férentiel 23 doit être capable de répondre à certaines exigences con-
cernant des courants continus pulsés, un condensateur 33 est connecté
aux bornes de l'enroulement secondaire 31 Le condensateur 33 pro-
duit un facteur de puissance correspondant à un déphasage avant, qui permet au circuit magnétique de répondre à ses exigences concernant des courants continus pulsés Pour limiter l'amplitude des crêtes de
tension aux bornes de l'enroulement secondaire 31, des diodes d'écrê-
tage 35 et 37 sont connectées dans des sens opposés aux bornes de
l'enroulement secondaire 31, en parallèle avec le condensateur 33.
Le signal qui est induit dans l'enroulement secondaire 31 est
dirigé vers des bornes 1 et 3 d'un circuit intégré linéaire qui am-
plifie le signal et qui fournit un signal de commande de sortie stable dans des conditions variables Une résistance de réglage de phase 39 et un condensateur de blocage de courant continu 41 sont connectés en série entre l'enroulement secondaire 31 et la borne 1 du circuit intégré 43 Une résistance d'amortissement 45 est connectée entre un
côté de l'enroulement secondaire 31 et la borne 6 du circuit intégré 43.
Des résistances 47 et 49 sont connectées dans la boucle de rétroaction allant de la borne 7 du circuit intégré 43 à la borne 1 de ce dernier On utilise la résistance 47 pour limiter la dissymétrie
dans les signaux de potentiel des différentes polarités La résis-
tance 49 est l'élément de commande de gain de rétroaction, et c'est cette résistance que l'on peut faire varier pour régler le niveau de courant de terre de déclenchement pour le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre On peut réaliser ceci en faisant en sorte que la résistance 49 puisse être remplacée, de façon à pouvoir utiliser sélectivement des résistances de différentes valeurs, ou bien en utilisant une résistance variable avec des réglages discrets que
l'on peut sélectionner A l'heure actuelle, des réglages pour des ni-
veaux de déclenchement de 6 milliampères, 10 milliampères et 30 mil-
liampères sont probablement les seuls réglages nécessaires, mais le
nombre de réglages discrets peut être modifié de la manière néces-
saire ou désirée Un transistor 51, une résistance 53, une diode Zener 55, une résistance 57, une diode 59 et un condensateur 61 constituent un circuit régulateur de tension qui permet au disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de fonctionner sur une
plage étendue de tensions d'entrée, correspondant à des tensions al-
ternatives entre phase et neutre de 70 à 264 volts De plus, le cir-
cuit constitue fondamentalement un dispositif à courant constant qui
réduit la puissance dissipée.
Une résistance 63, connectée à la borne 6 du circuit intégré
43, fait également partie de ce circuit régulateur de tension Le si-
gnal de sortie du circuit intégré, sur la borne 5, est dirigé vers la
gâchette d'un thyristor 67, pour le faire passer à l'état conducteur.
Lorsque le thyristor 67 conduit, le courant qui circule dans la bobine d'électro-aimant 65 ouvre les contacts 17 et 19 pour interrompre la
circulation d'énergie vers la charge Un condensateur 69 qui est con-
necté aux bornes du thyristor 67 a pour fonction d'atténuer la sensi-
bilité au paramètre d V/d T (comportement en présence d'une tension transitoire), tandis qu'un condensateur 71 établit une constante de
temps pour éliminer des déclenchements intempestifs.
Un circuit de test comporte un interrupteur de test 73 qui ferme un circuit passant par un enroulement secondaire supplémentaire
qui se trouve sur le circuit magnétique 25 du transformateur dif-
férentiel 23 Une résistance de limitation de courant 77 est incor-
porée dans le circuit de test L'activation de l'interrupteur de test 73
pour fermer le circuit passant par l'enroulement secondaire sup-
plémentaire simule l'effet d'un circuit de défaut à la terre, ce qui
permet de tester le fonctionnement du disjoncteur de protection con-
tre les défauts à la terre.
Comme on peut le voir, le mode de réalisation de la figure 1
est un circuit alternatif monophasé Des diodes 72, 74 et 76 cons-
tituent une alimentation à redressement à simple alternance pour le circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts
à la terre.
Une diode 79 est connectée entre le conducteur de terre et le côté de sortie du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre Laa diode 79 établit un chemin de remplacement vers la terre dans le cas o le conducteur de neutre doit être ouvert Pour garantir qu'aucun courant ne circule vers la
terre lorsque le conducteur de neutre est intact (pendant le fonction-
nement normal), la diode 79 est sélectionnée de façon à avoir une chute de tension directe supérieure à celle de la diode 76 Ainsi,
contrairement à l'ouverture automatique des contacts 17 et 19 lors-
qu'un conducteur de neutre ouvert est détecté, comme dans le brevet
des E U A N O 4 598 331, le disjoncteur de protection contre les dé-
fauts à la terre peut toujours être activé dans le cas d'un conducteur
de neutre ouvert De plus, la circulation du courant dans le conduc-
teur de neutre pour l'activation du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre a une durée suffisamment courte pour ne créer
aucun danger pour les personnes.
Un circuit de temporisation qui est formé par un thyristor 81, un condensateur 83 et une résistance 85, est connecté en série avec
la diode 79 Dans le cas d'un conducteur de neutre ouvert, le thyris-
tor 81 est amorcé par la commande de sa gâchette en courant continu par l'intermédiaire de la diode 79 Pendant l'ouverture du contact 19,
un arc se formera au cours de la phase d'ouverture initiale La for-
mation de cet arc crée une impédance telle que la chute de tension directe aux bornes de la diode 76 et du contact 19 peut devenir
supérieure à la chute de tension directe de la diode 79 Toute cir-
culation de courant vers la terre à travers la diode 79 apparaîtrait comme un défaut à la terre pour d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre situés en amont de ce disjoncteur de protection contre les défauts à la terre particulier Ceci aurait pour effet de provoquer l'activation d'un tel disjoncteur de protection
contre les défauts à la terre.
Le circuit de temporisation qui comprend le thyristor 81, le condensateur 83 et la résistance 85 est réglé de façon à introduire dans le chemin de circulation de courant en sens direct à travers la
diode 79 un retard qui est suffisamment long pour permettre la dispa-
rition complète de l'arc au contact 19 De cette manière, aucun cou-
rant ne circulera dans la diode 79, sauf s'il y a une condition réelle de défaut à la terre, lorsque de l'énergie est fournie à la charge
par l'intermédiaire du conducteur de phase 11 Ce circuit de tempori-
sation empêche également un déclenchement accidentel d'autres cir-
cuits de disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre,
lorsque le circuit de test est activé par la fermeture de l'inter-
rupteur 73.
Le mode de réalisation de la figure 2 montre une configura-
tion polyphasée similaire à celle du mode de réalisation de la figure 1, avec certaines caractéristiques supplémentaires Pour pouvoir s'y référer plus aisément, les composants de la figure 2 qui sont les mêmes que ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes nombres
accompagnés du symbole prime.
Dans ce mode de réalisation polyphasé, il y a trois conduc-
il teurs de phase 87, 89 et 91 Du fait que ce disjoncteur de protection contre les défauts à la terre est conçu pour être connecté à une source polyphasée ou une source monophasée, le conducteur de phase
91 correspondrait au conducteur de phase il dans le mode de réalisa-
tion de la figure 1, si une source monophasée était utilisée Dans ce circuit polyphasé, on utilise une alimentation à double alternance, au lieu de l'alimentation à simple alternance du mode de réalisation de la figure 1 L'énergie redressée à double alternance est obtenue
au moyen de diodes 93, 95, 97, 99, 101, 103, 105 et 107 Fonctionnel-
lement, ces diodes correspondent aux diodes 72, 74 et 76 du mode de réalisation de la figure 1 A titre d'exemple, on peut voir que dans les alternances positives pour la tension sur le conducteur 87, le chemin passe par la diode 93 en direction du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, et revient vers le neutre par la diode 107 Dans les alternances négatives, le chemin de circulation du courant passe par la diode 95 en direction
du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les dé-
fauts à la terre, et il revient vers le neutre par l'intermédiaire de la diode 105 Chacun des autres chemins des conducteurs de phase passe
par la paire de diodes associée 97, 99 et 101, 103.
Les diodes 108 et 110 établissent un chemin de remplacement vers la terre, correspondant à la fonction de la diode 79 dans le mode de réalisation de la figure 1 Par conséquent, le disjoncteur de
protection contre les défauts à la terre fonctionnera toujours en pré-
sence d'un conducteur de neutre 15 ' à l'état ouvert Un circuit régu-
lateur de tension en cascade est formé par des dispositifs à claquage 113 et 155 (qui sont représentés ici par des transistors à effet de
champ métal-oxyde-semiconducteur (MOS), bien que l'on puisse uti-
liser n'importe quel dispositif approprié); des diodes Zener 117, 119
et 121, des résistances 123, 125, 127 et 63 '; et un condensateur 61 '.
Avec cette configuration, le transistor à effet de champ MOS 113 ré-
gule la tension depuis approximativement 50 volts jusqu'à approximati-
vement la moitié de la tension continue maximale de 650 volts Le transistor à effet de champ MOS 115 poursuit la régulation jusqu'à la
tension maximale.
Du fait que ce mode de réalisation utilise une approche mo-
dulaire pour permettre l'utilisation de différents dispositifs de cou-
pure de circuit, ainsi que d'autres options, comme un module déporté pour le test et le réenclenchement, les lignes 87, 89, 91, 13 ' et 15 ' sont représentées dans une configuration dans laquelle elles aboutis-
sent à un panneau de bornes 129 De façon similaire, diverses con-
nexions provenant du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre sont dirigées vers le panneau de bornes 131 D'autres dispositifs de coupure de circuit sont représentés sous
la forme d'un disjoncteur 133 ou d'un contacteur de puissance 135.
Si on utilisait l'option "disjoncteur", les conducteurs de phase 87,
89 et 91 seraient connectés de la manière représentée dans le dispo-
sitif 133, tandis que les contacts fermés au repos 137, 139 et 141 seraient commandés par la bobine de déclenchement shunt 143 On peut voir que la bobine d'électro-aimant 65 ', qui dans le mode de réalisation de la figure 1 commanderait l'ouverture des interrupteurs fermés au repos 17 et 19, commande les contacts 145 et 147, ainsi que le contact 149 pour la bobine de déclenchement shunt 143 Sous l'effet de l'excitation de la bobine d'électro-aimant 65 ', le contact 149 se ferme, ce qui fait que la bobine de déclenchement shunt 143 peut
être excitée par l'intermédiaire des bornes 5 et 7 du panneau de bor-
nes 131 L'excitation de la bobine de déclenchement shunt 143 ouvre lescontacts 137, 139 et 141 (ainsi que le contact de conducteur
neutre 19 ', non représenté).
Si le contacteur de puissance 135 est connecté au panneau de bornes 139, la bobine d'électro-aimant 150 est excitée à partir du conducteur de phase 91 par l'intermédiaire du contact fermé au repos 147 Dans le cas de l'excitation de la bobine d'électro-aimant 65 ',
le contact 147 est ouvert pour désexciter la bobine 150 La désexci-
tation de la bobine d'électro-aimant 150 permet aux contacts fermés au repos 151, 153 et 155 dans les conducteurs respectifs 87, 89 et 91
de retourner à la position ouverte au repos.
Un module déporté 157 peut être connecté au panneau de
bornes 131, comme représenté On pourrait inclure diverses caractéris-
tiques, de la manière désirée La figure montre une diode électrolumi-
nescente (DEL) 159 qui serait excitée sous l'effet de la génération d'un signal de déclenchement de disjoncteur de protection contre les
défauts à la terre, pour donner une indication visuelle du déclenche-
ment Une autre caractéristique qui est incluse dans ce module dé-
porté 157 consiste en un bouton de réenclenchement pour réenclencher le disjoncteur de protection contre des défauts à la terre, après qu'il a été actionné par la présence d'un courant de défaut à la terre La dernière caractéristique qui est représentée ici consiste dans le fait que l'interrupteur de test 73 ' est placé dans le module déporté, au lieu de se trouver dans le disjoncteur de protection contre
les défauts à la terre lui-même.
La figure 3 représente un mode de réalisation simplifié du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de la figure 1, dans lequel la caractéristique de protection contre un conducteur de neutre ouvert a été éliminée Pour certaines applications, cette
version simplifiée sans protection contre un conducteur de neutre ou-
vert sera suffisante pour assurer la protection nécessaire, avec un
coût notablement réduit.
Pour permettre de s'y référer plus aisément, les composants du circuit du mode de réalisation de la figure 3 sont identifiés par l'utilisation des mêmes références numériques que dans le mode de réalisation de la figure 1, mais avec un double symbole prime On
peut voir que ce mode de réalisation utilise une alimentation à redres-
seur à double alternance, avec des diodes 163, 165, 167 et 169, au lieu de l'alimentation à redresseur à simple alternance du mode de réalisation de la figure 1 Ceci mis à part, le fonctionnement de base
de ce circuit est pratiquement le même que celui du mode de réalisa-
tion de la figure 1, mais sans des caractéristiques telles que la pro-
tection contre un conducteur de neutre ouvert, le circuit de tempori-
sation associé et le régulateur de tension particulier du mode de réa-
lisation de la figure 1.
Il faut noter que divers changements et modifications peuvent être apportés à la configuration, au fonctionnement et aux détails de réalisation des éléments qui sont décrits ici, sans sortir de l'esprit et
du cadre de l'invention.
Claims (29)
1 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, prévu pour l'utilisation dans un système comportant un conducteur de neutre ( 13), un conducteur de terre ( 15) et au moins un conducteur de phase ( 11) s'étendant d'une source d'énergie vers une charge, caractérisé en ce qu'il comprend: un transformateur différentiel ( 23) ayant un circuit magnétique ( 25), des enroulements primaires opposés ( 27, 29) produisant des flux en opposition, représentatifs du courant qui circule vers la charge et du courant qui provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31); des moyens d'ouverture de circuit ( 17) pour ouvrir le conducteur de phase ( 11) sous l'effet d'un signal de déclenchement qui est généré dans l'enroulement secondaire ( 31) lorsqu'un défaut à la terre se produit; et des moyens de commande qui sont destinés à fournir de l'énergie pour actionner les moyens d'ouverture de circuit ( 17) dans le cas d'un défaut à la terre, chaque
fois que deux conducteurs quelconques ( 11, 13) entre la source d'éner-
gie et la charge restent intacts, tandis qu'une tension supérieure à un potentiel minimal prédéterminé existe entre les deux conducteurs intacts. 2 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régulation ( 51, 53, 55, 57, 59, 61) qui sont destinés à fournir une tension d'alimentation pratiquement constante pour les
moyens d'ouverture de circuit ( 17), sur une plage de tensions alterna-
tives d'entrée entre phase et neutre de 70 à 264 volts.
3 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49) pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
4 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49) pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
une bobine secondaire supplémentaire ( 75) sur le transformateur dif-
férentiel ( 23); des moyens de commutation ( 73) pour fermer le cir- cuit allant vers l'enroulement secondaire supplémentaire ( 75), de façon à simuler l'apparition d'un défaut à la terre dans le but de tester le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre; et des
moyens de retard ( 81, 83, 85) qui sont destinés à empêcher la circula-
tion d'un courant vers le conducteur de terre ( 15) jusqu'à ce que les
moyens d'ouverture de circuit ( 11) aient été actionnés par la circula-
tion d'un courant vers le conducteur de neutre ( 13), pour empêcher ainsi que d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la
terre dans le système d'alimentation ne détectent un défaut à la terre.
6 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régalge ( 49) pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
7 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régulation ( 51, 53, 55, 57, 59, 61) qui sont destinés à fournir une tension d'alimentation pratiquement constante pour les
moyens d'ouverture de circuit ( 17), sur une plage de tensions alterna-
tives d'entrée entre phase et neutre de 70 à 264 volts.
8 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49) pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
9 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'ouverture de circuit comprennent: un disjoncteur ( 133) connecté de façon à ouvrir tous les conducteurs de phase ( 87, 89, 91) lorsqu'il est activé un contacteur ( 135) destiné à ouvrir tous les conducteurs de phase ( 87, 89, 91) lorsqu'il n'est pas activé; des moyens de connexion ( 131) pour connecter sélectivement le disjoncteur ( 133) ou le contacteur ( 135) à une alimentation à tension régulée dans le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre; et des moyens de commutation ( 143, 150) qui réagissent à un signal de déclenchement qui est généré dans l'enroulement secondaire ( 31 ') lorsqu'un défaut à la terre se produit, ces moyens de commutation activant le disjoncteur ( 133) ou désactivant le contacteur ( 135), selon l'élément qui est connecté au disjoncteur
de protection contre les défauts à la terre.
10 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régulation ( 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 63 ',
61 ') qui sont destinés à fournir une tension d'alimentation pratique-
ment constante pour les moyens d'ouverture de circuit ( 133, 135) sur une plage de tensions alternatives d'entrée entre phase et neutre de
à 264 volts.
11 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49 ') pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
12 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49 ') pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
13 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre
une bobine secondaire supplémentaire ( 75 ') sur le transformateur dif-
férentiel; des moyens de commutation ( 73 ') pourfermer le circuit al-
lant vers l'enroulement secondaire supplémentaire ( 75 '), afin de si-
muler l'apparition d'un défaut à la terre dans le but de tester le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre; et des moyens de retard qui sont destinés à empêcher la circulation d'un courant
vers le conducteur de terre ( 15 ') jusqu'à ce que les moyens d'ouver-
ture de circuit ( 133, 135) aient été activés par la circulation d'un courant vers le conducteur de neutre ( 13 '), pour empêcher ainsi que d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre dans
le système d'alimentation ne détectent un défaut à la terre.
14 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49 ') pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
15 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de régulation ( 113, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 63 ',
61 ') qui sont destinés à fournir une tension d'alimentation pratique-
ment constante pour les moyens d'ouverture de circuit ( 133, 135) sur une plage de tensions alternatives d'entrée entre phase et neutre de
à 264 volts.
16 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de réglage ( 49 ') pour régler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de
défaut à la terre dans la plage de 6 à 30 milliampères.
17 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre,
selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de com-
mande comprennent: un redresseur ( 72, 74) qui est destiné à fournir de l'énergie à courant continu au circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, à partir de chacun des
conducteurs de phase ( 11); des premiers moyens de circulation uni-
directionnelle du courant ( 76), connectés entre le circuit de commande
du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre et le con-
ducteur de neutre ( 13); et des seconds moyens de circulation uni-
directionnelle du courant ( 79), connectés entre le circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre et la terre ( 15), ces seconds moyens de circulation unidirectionnelle du courant
( 79) ayant une chute de tension directe supérieure à celle des pre-
miers moyens de circulation unidirectionnelle du courant ( 76).
18 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une varistance à oxydes métalliques ( 109) connectée aux bornes du côté à courant continu du redresseur, pour procurer une protection contre des tensions transitoires. 19 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 17, caractérisé en ce que le redresseur ( 72,
74) est un redresseur à simple alternance pour une configuration mono-
phasée comprenant un seul conducteur de phase ( 11).
20 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 17, caractérisé en ce que le redresseur ( 93, , 97, 99, 101, 103) est un redresseur à double alternance pour une
configuration polyphasée à trois conducteurs de phase ( 87, 89, 91).
21 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre,
selon la revendication 20, caractérisé en ce que le redresseur à dou-
ble alternance comprend une paire de diodes ( 93, 95; 97, 99; 101,
103) connectées en série aux bornes du circuit de commande du disjonc-
teur de protection contre les défauts à la terre, pour chacun des con-
ducteurs de phase ( 87, 89, 91), chacun de ces conducteurs de phase
étant connecté au point milieu d'une paire de diodes associée.
22 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, selon la revendication 21, caractérisé en ce que les premiers moyens de circulation unidirectionnelle du courant comprennent une paire de diodes connectées en série ( 105, 107) qui sont placées aux bornes du circuit de commande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, en parallèle avec les paires de diodes du redresseur ( 93, 95 97, 99; 103, 105), le point milieu des paires des diodes des premiers moyens de conduction unidirectionnelle du courant étant connecté au conducteur de neutre ( 13 '); et les seconds moyens de conduction unidirectionnelle du courant comprennent une paire de diodes connectées
en série ( 108, 110) qui sont branchées aux bornes du circuit de com-
mande du disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, en parallèle avec les paires de diodes du redresseur ( 93, 95; 97, 99; 101, 103) et les paires de diodes des premiers moyens de conduction unidirectionnelle ( 105, 107), le point milieu des paires de diodes des
seconds moyens de conduction unidirectionnelle du courant étant con-
necté au conducteur de terre ( 15 ').
23 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre
prévu pour l'utilisation dans une grande variété de conditions, carac-
térisé en ce qu'il comprend: un transformateur différentiel ( 23) ayant un circuit magnétique ( 25), des enroulements primaires opposés ( 27, 29) produisant des flux en opposition qui sont représentatifs du courant qui circule vers la charge et du courant qui provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31); des moyens d'ouverture de circuit ( 17) qui sont destinés à ouvrir le conducteur de phase ( 11)
sous l'effet d'un signal de déclenchement qui est généré dans l'enrou-
lement secondaire lorsqu'un défaut à la terre se produit; des moyens de régulation ( 81, 83, 85) qui sont destinés à fournir une tension d'alimentation pratiquement constante pour les moyens d'ouverture de circuit, sur une plage de tensions d'entrée alternatives entre phase
et neutre de 70 à 264 volts; et des moyens de réglage ( 49) pour ré-
gler le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre de façon qu'il réagisse à un courant de défaut à la terre dans la plage de
6 à 30 milliampères.
24 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre, caractérisé en ce qu'il comprend: un transformateur différentiel ( 23) ayant un circuit magnétique ( 25), des enroulements primaires opposés ( 27, 29) produisant des flux en opposition qui sont représentatifs du courant qui circule vers la charge et du courant qui provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31); des moyens d'ouverture de circuit ( 17) qui sont destinés à ouvrir le conducteur de phase ( 11)
sous l'effet d'un signal de déclenchement qui est généré dans l'enrou-
lement secondaire ( 31) lorsqu'un défaut à la terre se produit; un en-
roulement secondaire supplémentaire ( 75) sur le transformateur dif-
férentiel ( 23); des moyens de commutation ( 73) pour fermer le circuit dirigé vers l'enroulement secondaire supplémentaire ( 75), de façon à simuler l'apparition d'un défaut à la terre dans le but de tester le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre; et des moyens de retard ( 81, 83, 85) qui sont destinés à empêcher la circulation d'un courant vers le conducteur de terre ( 15) jusqu'à ce que les moyens d'ouverture de circuit ( 17) aient été actionnés par la circulation d'un courant vers le conducteur de neutre ( 13), pour empêcher ainsi que d'autres disjoncteurs de protection contre les défauts à la terre dans
le système d'alimentation ne détectent un défaut à la terre.
25 Disjoncteur pour la protection contre les défauts à la
terre, prévu pour l'utilisation dans un système qui comporte un conduc-
teur de neutre ( 13 '), un conducteur de terre ( 15 ') et au moins un conducteur de phase ( 87, 89, 91) s'étendant à partir d'une source d'énergie vers une charge, caractérisé en ce qu'il comprend: un transformateur différentiel comportant un circuit magnétique ( 25 '), des enroulements primaires opposés produisant des flux en opposition représentatifs du courant qui circule vers la charge et du courant qui
provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31 '); un dis-
joncteur ( 133) connecté de façon à ouvrir tous les conducteurs de pha-
se ( 87, 89, 91) lorsqu'il est activé; un contacteur ( 135) destiné à
ouvrir tous les conducteurs de phase ( 87, 89, 91) lorsqu'il est désac-
tivé; des moyens de connexion ( 131) pour connecter sélectivement le disjoncteur ( 133) ou le contacteur ( 135) à une alimentation produisant
une tension régulée dans le disjoncteur de protection contre les dé-
fauts à la terre; et des moyens de commutation ( 143, 150) qui réagis-
sent à un signal de déclenchement qui est généré dans l'enroulement secondaire ( 31 ') lorsqu'un défaut à la terre se produit, ces moyens de commutation activant le disjoncteur ( 133) ou désactivant le contacteur ( 135), selon celui qui est connecté au disjoncteur de protection contre
les défauts à la terre.
26 Disjoncteur de protection contre les défauts à la terre,
prévu pour l'utilisation avec un système de transport d'énergie mono-
phasé ou polyphasé comportant un conducteur de neutre ( 13 '), un con-
ducteur de terre ( 15 ') et au moins un conducteur de phase ( 87, 89, 91)
S 'éterúant à partir d'une source d'énergie vers une charge, caracté-
risé en ce qu'il comprend: un transformateur différentiel ayant un
circuit magnétique ( 25 '), des enroulements primaires opposés produi-
sant des flux en opposition qui sont représentatifs du courant qui cir-
cule vers la charge et du courant qui provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31 '); des moyens de connexion destinés à faire
en sorte qu'un signal d'entrée monophasé ou polyphasé active cor-
rectement le disjoncteur de protection contre les défauts à la terre des moyens d'ouverture de circuit ( 133, 135) destinés à ouvrir tous
les conducteurs de phase ( 87, 89, 91) sous l'effet d'un signal de dé-
clenchement qui est généré dans l'enroulement secondaire ( 31 ') lors-
qu'un défaut à la terre se produit; et des moyens de commande des-
tinés à fournir de l'énergie pour activer les moyens d'ouverture de circuit ( 133, 135) dans le cas d'un défaut à la terre, chaque fois que deux conducteurs quelconques s'étendant entre la source d'énergie
et la charge restent intacts, et qu'une tension supérieure à un poten-
tiel minimal prédéterminé existe entre ces deux conducteurs intacts.
27 Disjoncteur de protection contre des défauts à la terre, prévu pour l'utilisation dans un système qui comporte un conducteur
de neutre ( 13 '), un conducteur de terre ( 15 ') et au moins un conduc-
teur de phase ( 87, 89, 91) s'étendant d'une source d'énergie vers une
charge, caractérisé en ce qu'il comprend: un transformateur dif-
férentiel ayant un circuit magnétique ( 25 '), des enroulements primaires opposés produisant des flux en opposition qui sont représentatifs du courant qui circule vers la charge et du courant qui provient de la charge, et un enroulement secondaire ( 31 '); des moyens d'ouverture de circuit ( 133, 135) pour ouvrir les conducteurs de phase ( 87, 89, 91)
sous l'effet d'un signal de déclenchement qui est généré dans l'enrou-
lement secondaire ( 31 ') lorsqu'un défaut à la terre se produit; et des moyens ( 33 ') produisant un facteur de puissance qui correspond à un déphasage avant, qui sont connectés aux bornes de l'enroulement
secondaire ( 31 ').
28 Disjoncteur de protection contre des défauts à la terre selon la revendication 27, Caractérisé en ce que les moyens produisant un facteur de puissance qui correspond à un déphasage avant consistent
en un condensateur ( 33 ').
29 Disjoncteur de protection contre des défauts à la terre selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il comprend en outre
une paire de diodes d'écrêtage ( 35 ', 37 ') connectées dans des direc-
tions opposées aux bornes de l'enroulement secondaire 531 '), en paral-
lèle sur le condensateur précité ( 33 ').
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