FR2781574A1 - Means for safe transport of an actuating fluid and electrical power in a multi-purpose cable with conduits for both fluid and electricity as well as an electrical safety testing system for use with industrial tools - Google Patents
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Abstract
Description
Système et procédé d'alimentation électrique sécurisée, et câbleSecure power supply system and method, and cable
électrique mis en oeuvre dans ce système" electric implemented in this system "
DESCRIPTIONDESCRIPTION
La présente invention concerne un système d'alimentation électrique sécurisée. Elle vise également le procédé mis en oeuvre dans ce système, ainsi qu'un câble The present invention relates to a secure power supply system. It also relates to the process implemented in this system, as well as a cable
électrique prévu dans celui-ci.electric provided in it.
Lorsque des câbles électriques d'alimentation d'outils ou d'équipements industriels se trouvent à proximité d'objets ou d'éléments tranchants susceptibles de couper ou de détériorer leur gaine d'isolation, se posent inévitablement des problèmes de sécurité pour les opérateurs de ces outils qui se trouvent exposés à des When electrical cables supplying industrial tools or equipment are in the vicinity of sharp objects or elements likely to cut or damage their insulation sheath, safety problems inevitably arise for operators. these tools which are exposed to
risques d'électrocution.risk of electric shock.
Cette question est particulièrement sensible dans le domaine des pinces à souder manuelles point par point utilisées dans l'industrie automobile. En effet, ces pinces qui sont généralement de poids élevé (par exemple, de l'ordre de 80 kg) et de maniement difficile, sont déplacées par leur opérateur dans un environnement comprenant des bords de tôles decarrosserie qui peuvent être particulièrement tranchants. Le contact de la gaine isolante du câble d'alimentation d'une pince avec un bord tranchant peut provoquer une coupure partielle de cette gaine. Ces coupures sont souvent difficilement détectables à l'oeil nu du fait du caractère tranchant comme une lame de rasoir de certaines pièces de carrosserie. Il faut envisager le cas o l'élément de tôle tranchant atteint l'un des conducteurs noyés dans ladite gaine -avec pour conséquence une décharge électrique causée par l'existence d'une différence de potentiel entre la tôle impliquée dans la coupure et le conducteur atteint. Cette décharge électrique peut provoquer une électrocution de l'opérateur This question is particularly sensitive in the field of manual point-to-point welding tongs used in the automotive industry. Indeed, these clamps which are generally heavy (for example, of the order of 80 kg) and difficult to handle, are moved by their operator in an environment comprising edges of body sheets which can be particularly sharp. Contact of the insulating sheath of the pliers supply cable with a cutting edge may cause this sheath to be partially cut. These cuts are often difficult to detect with the naked eye due to the sharpness like a razor blade of certain body parts. Consider the case where the cutting sheet element reaches one of the conductors embedded in said sheath -with as a consequence an electric discharge caused by the existence of a potential difference between the sheet involved in the cut and the conductor achieved. This electric shock can cause electric shock to the operator
et des dommages éventuels sur l'installation électrique. and possible damage to the electrical installation.
- 2- Bien sûr, il existe sur la plupart des équipements industriels des disjoncteurs différentiels prévus pour interrompre toute alimentation électrique en cas de détection d'un déséquilibre de courant qui serait dû à une mise en contact accidentelle d'un conducteur électrique avec une pièce métallique placée sensiblement au potentiel de masse ou à un potentiel différent de celui dudit conducteur. Mais, au delà de ce type de sécurité fonctionnant en réponse à un défaut électrique effectif, il existe une demande en matière de prévention contre les risques d'électrocution visant à détecter toute détérioration significative de la gaine d'isolation qui impliquerait un - 2- Of course, on most industrial equipment there are differential circuit breakers designed to interrupt any electrical supply in the event of detection of a current imbalance which would be due to an accidental contact of an electrical conductor with a part. metallic placed substantially at ground potential or at a potential different from that of said conductor. However, beyond this type of security operating in response to an effective electrical fault, there is a demand for prevention against the risk of electrocution aimed at detecting any significant deterioration of the insulation sheath which would involve a
remplacement du câble.cable replacement.
Le but de l'invention est de répondre à cette demande en proposant un système d'alimentation électrique sécurisée qui puisse assurer une auto-détection de toute The object of the invention is to meet this demand by proposing a secure electrical supply system which can ensure self-detection of any
détérioration de la gaine du câble d'alimentation. deterioration of the sheath of the power cable.
- On atteint les objectifs précités avec un système pour alimenter un équipement électrique à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique, comprenant un câble d'alimentation électrique comportant des conducteurs électriques noyés dans une gaine réalisée dans - The above objectives are achieved with a system for supplying electrical equipment from an electrical energy supply device, comprising an electrical supply cable comprising electrical conductors embedded in a sheath produced in
un matériau isolant souple.a flexible insulating material.
Suivant l'invention, le système comprend en outre des moyens pour appliquer une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice disposée au sein de la gaine à proximité de la périphérie de celle-ci, et des moyens pour détecter une éventuelle circulation de courant dans la nappe et délivrer alors une According to the invention, the system further comprises means for applying a monitoring voltage of predetermined amplitude to a conductive sheet disposed within the sheath close to the periphery thereof, and means for detecting possible circulation. of current in the tablecloth and then deliver a
information de détection d'une coupure de ladite gaine. detection information of a cut in said sheath.
On peut ainsi déclencher les systèmes de commande et de sécurité des dispositifs de fourniture d'énergie avant même qu'il se produise un contact accidentel entre une -3 - pièce métallique tranchante et l'un des conducteurs du câble électrique. Ceci permet une action préventive consistant à remplacer un câble électrique dès It is thus possible to trigger the control and security systems of the energy supply devices even before there is an accidental contact between a sharp metal part and one of the conductors of the electric cable. This allows a preventive action consisting in replacing an electric cable as soon as
l'apparition de coupures à la surface de la gaine. the appearance of cuts on the surface of the sheath.
Les moyens générateurs et les moyens détecteurs sont de préférence intégrés au sein d'un dispositif électronique de surveillance relié à des moyens de contrôle et de commande du dispositif de fourniture The generating means and the detecting means are preferably integrated within an electronic monitoring device connected to means for monitoring and controlling the supply device.
d'énergie électrique.of electrical energy.
On peut avantageusement prévoir que le dispositif électronique de surveillance comprenne des moyens It is advantageously possible to provide that the electronic monitoring device comprises means
autonomes d'alimentation en énergie électrique. autonomous electric power supply.
Dans un mode préféré de réalisation, la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice du câble électrique est sensiblement continue. Elle peut être par exemple délivrée par une pile, une batterie rechargeable ou tout autre dispositif de stockage d'énergie électrique sous forme continue. Mais on peut également prévoir que la tension de surveillance appliquée à la nappe conductrice In a preferred embodiment, the monitoring voltage applied to the conductive layer of the electric cable is substantially continuous. It can for example be delivered by a battery, a rechargeable battery or any other device for storing electrical energy in continuous form. But it can also be provided that the monitoring voltage applied to the conductive sheet
du câble électrique soit de forme alternative. of the electric cable is of alternative form.
Dans une première version de l'invention, le dispositif électronique de surveillance est disposé en amont du câble électrique au niveau du dispositif de fourniture en énergie électrique. Ce dispositif électronique de surveillance peut alors être directement intégré au sein d'un module d'alimentation ou d'un module In a first version of the invention, the electronic monitoring device is arranged upstream of the electrical cable at the level of the electrical energy supply device. This electronic monitoring device can then be directly integrated within a power supply module or a module.
de contrôle et de commande.control and command.
Dans une seconde version de l'invention, le dispositif électronique de surveillance est disposé en aval du câble électrique au niveau de l'équipement électrique à alimenter. Dans cette version, le dispositif électronique de surveillance peut être intégré au sein de l'équipement électrique alimenté ou au sein d'une In a second version of the invention, the electronic monitoring device is arranged downstream of the electrical cable at the level of the electrical equipment to be supplied. In this version, the electronic monitoring device can be integrated within the powered electrical equipment or within a
interface d'alimentation.power interface.
-4- Il est à noter que l'on peut aussi concevoir dans le cadre de la présente invention un système comportant deux dispositifs électroniques de surveillance redondants It should be noted that it is also possible, in the context of the present invention, to design a system comprising two redundant electronic monitoring devices
situés chacun à une extrémité du câble d'alimentation. each located at one end of the power cable.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un câble électrique pour relier un équipement électrique à un dispositif de fourniture en énergie électrique au sein d'un système d'alimentation sécurisée selon l'invention, ce câble comprenant plusieurs conducteurs électriques noyés au sein d'une gaine en matériau isolant souple, caractérisé en ce qu'il comprend en outre à l'intérieur de la gaine et à proximité de la périphérie de celle-ci une nappe conductrice de faible épaisseur entourant l'ensemble des conducteurs According to another aspect of the invention, an electrical cable is proposed for connecting electrical equipment to a device for supplying electrical energy within a secure power supply system according to the invention, this cable comprising several embedded electrical conductors within a sheath made of flexible insulating material, characterized in that it further comprises, inside the sheath and near the periphery thereof, a thin conductive sheet surrounding all of the conductors
électriques.electric.
La nappe conductrice peut être réalisée de multiples façons. Par exemple on peut prévoir une nappe conductrice constituée de fils conducteurs noyés dans la gaine. La nappe conductrice peut également être constituée d'un maillage ou tressage réalisé à partir de fils conducteurs, The conductive sheet can be produced in many ways. For example, it is possible to provide a conductive sheet made up of conductive wires embedded in the sheath. The conductive sheet may also consist of a mesh or braiding produced from conductive wires,
ou encore être réalisée à partir-d'une feuille métallique. or even be made from a metal sheet.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour alimenter un équipement électrique à partir d'un dispositif de fourniture d'énergie électrique à partir d'un câble d'alimentation électrique comportant des conducteurs électriques noyés dans une gaine réalisée dans un matériau isolant souple, mis en oeuvre dans le système selon l'invention, caractérisé en ce qu'on applique une tension de surveillance d'amplitude prédéterminée sur une nappe conductrice disposée au sein de la gaine à proximité de la périphérie de celle-ci, et en ce qu'on détecte toute circulation de courant dans ladite nappe et on délivre une information de détection According to yet another aspect of the invention, a method is proposed for supplying electrical equipment from an electrical energy supply device from an electrical supply cable comprising electrical conductors embedded in a sheath made of a flexible insulating material, used in the system according to the invention, characterized in that a monitoring voltage of predetermined amplitude is applied to a conductive sheet disposed within the sheath close to the periphery of that -this, and in that any current flow is detected in said sheet and a detection information is delivered
d'une coupure de ladite gaine.of a cut in said sheath.
- 5- D'autres particularités et avantages de l'invention - 5- Other features and advantages of the invention
apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux will appear further in the description below. To the
dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un système d'alimentation sécurisée selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un premier exemple de câble électrique selon l'invention; - la figure 3 est une section transversale du câble de la figure 2, avec illustration schématique de la circulation d'un courant de fuite en cas de traversée de la nappe conductrice par une pièce métallique tranchante; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un second exemple de câble électrique selon l'invention, avec représentation d'un mode particulier de réalisation d'un dispositif électronique de surveillance; et - - les figures 5A, 5B et 5C illustrent respectivement trois modes particuliers de réalisation d'une nappe conductrice au sein d'un- câble électrique selon l'invention. On va maintenant décrire, en référence à la figure 1, un exemple de réalisation d'un système d'alimentation attached drawings given by way of nonlimiting examples: - Figure 1 is an overview of a secure power system according to the invention; - Figure 2 is a partial longitudinal sectional view of a first example of an electric cable according to the invention; - Figure 3 is a cross section of the cable of Figure 2, with schematic illustration of the flow of a leakage current in case of crossing of the conductive sheet by a sharp metal piece; - Figure 4 is a partial longitudinal sectional view of a second example of an electric cable according to the invention, with representation of a particular embodiment of an electronic monitoring device; and - - Figures 5A, 5B and 5C respectively illustrate three particular embodiments of a conductive sheet within an electrical cable according to the invention. We will now describe, with reference to Figure 1, an embodiment of a power system
sécurisée 1 selon l'invention.secure 1 according to the invention.
Ce système 1 comprend un câble électrique 10 reliant un dispositif de commande et de fourniture en énergie électrique 2 à un outil électrique tel qu'une pince à souder point par point 3. Ce câble électrique 10 est pourvu à chacune de ses extrémités de connecteurs 20, 30 adaptés pour transmettre non seulement de la puissance électrique mais aussi des courants de faible intensité indicatifs d'une détection de coupure. Le câble électrique This system 1 comprises an electric cable 10 connecting a control and electric power supply device 2 to an electric tool such as a point-to-point welding pliers 3. This electric cable 10 is provided at each of its ends with connectors 20 , 30 adapted to transmit not only electrical power but also currents of low intensity indicative of a break detection. The electric cable
peut aussi être associé, au sein d'un câble multi- can also be combined, within a multi-cable
-- 6- fonctions à une canalisation de fluide, notamment d'air comprimé, pour alimenter un vérin disposé au sein de la - 6- functions of a fluid line, in particular of compressed air, to supply a cylinder arranged within the
pince à souder pour actionner les mâchoires de la pince 3. welding tongs to activate the clamp jaws 3.
Le système d'alimentation sécurisé comprend en outre un dispositif électronique de surveillance 9 disposé par exemple au sein du dispositif de commande et de fourniture d'énergie 2 qui comporte au moins un module de puissance 21 fournissant à la pince 3 la puissance électrique requise via les conducteurs 5, 6 du câble 10, et un module de commande 22 contrôlant le module de puissance. Le dispositif électronique de commande 9, qui comprend une source de tension continue 90 et un module de détection de courant de fuite 91, peut être relié au module de commande 22 et/ou directement au module de puissance 21. Il peut aussi alimenter un indicateur lumineux d'alarme 92 pour alerter l'opérateur de la détection d'une coupure de la The secure supply system further comprises an electronic monitoring device 9 arranged for example within the control and energy supply device 2 which comprises at least one power module 21 supplying the clamp 3 with the required electrical power via the conductors 5, 6 of the cable 10, and a control module 22 controlling the power module. The electronic control device 9, which includes a DC voltage source 90 and a leakage current detection module 91, can be connected to the control module 22 and / or directly to the power module 21. It can also supply an indicator warning light 92 to alert the operator to the detection of a power cut
gaine isolante.insulating sheath.
Un câble électrique 10 selon l'invention comprend, en référence à la figure 2, au sein d'une gaine en matériau isolant souple 8, des conducteurs de puissance 5, 6, qui peuvent être par exemple au nombre de deux ou trois, et, autour de ces conducteurs de puissance et à proximité de la périphérie du câble, une nappe conductrice de faible épaisseur 4. A titre d'exemple non limitatif correspondant à l'alimentation d'une pince de soudure, le câble de puissance peut contenir trois conducteurs d'une section de mm2 alimentés sous une tension de 380 ou 415 V. Le contact ou la pénétration d'une pièce métallique tranchante T avec la nappe conductrice 4 sur laquelle est appliquée une tension de détection de faible amplitude (par exemple, 6 V) générée par le dispositif électronique de surveillance 9, provoque la circulation d'un courant de fuite IF dans la nappe conductrice 4 dans la mesure o la pièce métallique tranchante est sensiblement au potentiel de masse ou de terre. Ceci est le cas pour une opération de soudure sur une carrosserie automobile. La détection d'un courant de fuite IF non nul est effectuée par un circuit de détection 91 qui délivre alors un signal logique de détection SD- Dans l'exemple de réalisation illustré en figure 4, le dispositif électronique de surveillance 9 comprend une pile ou batterie 90 en série avec une résistance 92 faisant fonction de shunt. La tension aux bornes de cette résistance est indicative du courant de fuite circulant dans la nappe et est traitée dans un amplificateur opérationnel 91 monté en comparateur de tension pour délivrer un signal SD indicatif d'une détection de courant An electric cable 10 according to the invention comprises, with reference to FIG. 2, within a sheath made of flexible insulating material 8, power conductors 5, 6, which may for example be two or three in number, and , around these power conductors and near the periphery of the cable, a thin conductive sheet 4. By way of nonlimiting example corresponding to the supply of a soldering clamp, the power cable can contain three conductors with a cross-section of mm2 supplied with a voltage of 380 or 415 V. Contact or penetration of a sharp metal part T with the conductive sheet 4 on which a low amplitude detection voltage is applied (for example, 6 V) generated by the electronic monitoring device 9, causes the circulation of a leakage current IF in the conductive sheet 4 insofar as the sharp metal part is substantially at ground or earth potential re. This is the case for a welding operation on an automobile body. The detection of a non-zero leakage current IF is carried out by a detection circuit 91 which then delivers a detection logic signal SD- In the embodiment illustrated in FIG. 4, the electronic monitoring device 9 comprises a battery or battery 90 in series with a resistor 92 acting as a shunt. The voltage across this resistor is indicative of the leakage current flowing in the sheet and is processed in an operational amplifier 91 mounted as a voltage comparator to deliver an SD signal indicative of a current detection.
de fuite dans la nappe conductrice 4. leakage in the conductive sheet 4.
Plusieurs modes de réalisation d'un câble selon l'invention peuvent être envisagés, comme l'illustrent les Several embodiments of a cable according to the invention can be envisaged, as illustrated by the
figures 5A à 5C.Figures 5A to 5C.
On peut par exemple concevoir un câble 10A dans lequel la nappe conductrice est constituée d'un nappage, maillage ou tressage 4A de fils de cuivre ou d'autres matériaux très bons conducteurs-électriques. Une densité suffisante de fils conducteurs doit garantir une détection fiable même pour des pièces tranchantes très pointues ou It is for example possible to design a cable 10A in which the conductive sheet consists of a coating, mesh or braiding 4A of copper wires or other very good electrically conductive materials. A sufficient density of conductive wires must guarantee reliable detection even for very sharp cutting parts or
de très petite dimension.very small.
On peut aussi concevoir un câble 10B dans lequel la nappe conductrice est constituée d'un faisceau de fils conducteurs 4B de faible diamètre coextrudés avec les autres conducteurs au sein de la gaine, ces fils conducteurs étant reliés entre eux aux deux extrémités du One can also design a cable 10B in which the conductive sheet consists of a bundle of conductive wires 4B of small diameter coextruded with the other conductors within the sheath, these conductive wires being interconnected at the two ends of the
câble.cable.
La nappe conductrice 4C d'un câble électrique 10C selon l'invention peut également être réalisée sous la forme d'une feuille de matériau conducteur entourant les The conductive sheet 4C of an electric cable 10C according to the invention can also be produced in the form of a sheet of conductive material surrounding the
conducteurs de puissance.power conductors.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le nombre de conducteurs mis en oeuvre pour réaliser la nappe conductrice, leur taille et leur densité peuvent être variables et adaptés en fonction des caractéristiques spécifiques du câble électrique concerné. Par ailleurs, la structure interne des dispositifs électroniques de surveillance peut être différente de celle qui vient d'être décrite et inclure par exemple des composants électroniques spécifiques. On Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention. Thus, the number of conductors used to produce the conductive sheet, their size and their density can be variable and adapted according to the specific characteristics of the electric cable concerned. Furthermore, the internal structure of electronic monitoring devices can be different from that which has just been described and include, for example, specific electronic components. We
peut aussi prévoir que la tension de surveillance appliquée sur la nappe conductrice soit alternative. may also provide that the monitoring voltage applied to the conductive sheet is alternating.
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