FR3114681A1 - Appareil de protection électrique - Google Patents
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Abstract
Appareil de protection électrique Un appareil de protection électrique (2), comporte : - des contacts électriques séparables (14) aptes à être associés à des conducteurs électriques (4) d’une installation électrique, - un actionneur électromagnétique (10) configuré pour ouvrir les contacts électriques séparables (14) lorsqu’activé, - un déclencheur électronique (18) configuré pour activer l’actionneur électromagnétique lorsqu’un défaut électrique est détecté dans l’installation, et - un circuit d’alimentation électrique (22) alimenté électriquement depuis les conducteurs électriques (4) et configuré pour alimenter électriquement le déclencheur électronique (18), dans lequel l’appareil de protection électrique (2) comporte en outre un dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) configuré pour détecter une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique (22) et pour activer l’actionneur électromagnétique (10) en réponse à une telle perte d’alimentation. Figure pour l'abrégé : Figure 1
Description
La présente invention se rapporte à un appareil de protection électrique, notamment un appareil de protection différentielle.
De façon connue, les appareils de protection différentielle permettent de protéger une installation électrique contre des défauts électriques différentiels. De tels appareils sont généralement connectés à une ligne électrique comportant un conducteur de phase et un conducteur de neutre, et permettent d’interrompre la circulation du courant dans cette ligne électrique en cas de détection d’un défaut, en ouvrant des contacts électriques séparables.
Parmi ces appareils de protection différentielle connus, il existe une classe d’appareils, nommés « voltage dependent » en anglais, qui sont alimentés électriquement par la ligne électrique à laquelle ils sont associés, par exemple grâce à un branchement sur les conducteurs de phase.
Ainsi, les circuits électroniques embarqués dans ces appareils de protection, dont notamment le dispositif de déclenchement servant à détecter des défauts électriques différentiels, sont généralement intégralement alimentés électriquement par la tension électrique prélevée depuis l’installation. Cette alimentation peut se faire par l’intermédiaire d’un circuit d’alimentation électrique, comportant par exemple un redresseur.
Cette disposition permet de ne pas avoir à prévoir une alimentation indépendante ou une alimentation autonome, et simplifie l’utilisation de l’appareil de protection.
Mais il existe un risque que, en cas de défaillance de ce circuit d’alimentation électrique, le déclencheur ne soit plus alimenté électriquement, rendant l’appareil de protection incapable de détecter un défaut différentiel ou d’agir en cas de détection d’un tel défaut, ce qui peut provoquer un grave problème de sécurité.
De façon plus générale, un problème analogue se pose avec des appareils de protection électrique autres que des appareils de protection différentielle.
Il existe donc un besoin pour des appareils de protection électrique alimentés électriquement par l’installation électrique qu’ils protègent et présentant un fonctionnement plus sûr en cas de défaillance, et ce quelle que soit la position de la source d’alimentation électrique dans l’installation par rapport à l’appareil de protection.
A cet effet, un aspect de l’invention concerne un appareil de protection électrique, comportant :
des contacts électriques séparables aptes à être associés à des conducteurs électriques d’une installation électrique,
un actionneur électromagnétique configuré pour ouvrir les contacts électriques séparables lorsqu’activé,
un déclencheur électronique configuré pour activer l’actionneur électromagnétique lorsqu’un défaut électrique est détecté dans l’installation, et
un circuit d’alimentation électrique alimenté électriquement depuis les conducteurs électriques et configuré pour alimenter électriquement le déclencheur électronique.
L’appareil de protection électrique comporte en outre un dispositif de déclenchement auxiliaire configuré pour détecter une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique et pour activer l’actionneur électromagnétique en réponse à une telle perte d’alimentation.
Grâce à l’invention, l’appareil de protection présente un comportement sûr et sécurisé en cas de défaillance du circuit d’alimentation électrique, puisqu’un ordre de déclenchement est alors automatiquement envoyé par le circuit de commande dès qu’une perte d’alimentation ou un dysfonctionnement est détecté par le détecteur.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, un tel appareil de protection peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible :
- Le dispositif de déclenchement auxiliaire comporte un circuit de commande, tel qu’un générateur d’impulsions, configuré pour générer une ou plusieurs impulsions d’un signal de commande pour exciter ponctuellement une bobine de l’actionneur électronique.
- Le circuit de commande est couplé à un interrupteur de puissance, tel qu’un un thyristor, qui contrôle l’activation de l’actionneur électromagnétique.
- Les impulsions sont séparées d’une durée supérieure ou égale à 500 millisecondes ou supérieure ou égale à 1 seconde.
- Le rapport entre la durée séparant deux impulsions et la durée de chaque impulsion est supérieur ou égal à cinquante, de préférence supérieur ou égal à cent.
- La durée de chaque impulsion est inférieure ou égale à 50 millisecondes.
- Le dispositif de déclenchement auxiliaire comporte un détecteur, tel qu’un détecteur à fenêtre, connecté en sortie du circuit d’alimentation électrique, ledit détecteur étant configuré pour inhiber le générateur d’impulsions tant que le circuit d’alimentation électrique délivre une tension électrique en sortie et pour autoriser l’émission d’impulsions par le circuit de commande en cas de perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique.
- Le dispositif de déclenchement auxiliaire est en outre configuré pour, en cas de détection d’une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique, activer l’actionneur électromagnétique de façon synchronisée avec un front montant de la tension électrique d’alimentation en entrée du circuit d’alimentation électrique.
- Le dispositif de déclenchement auxiliaire comporte un transistor unijonction.
- Le dispositif de déclenchement auxiliaire est configuré pour émettre une alarme en cas de déclenchement de l’actionneur suite à une détection d’une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un appareil de protection électrique donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente un appareil de protection électrique 2 destiné à protéger une installation électrique, telle qu’une installation de distribution d’électricité.
Dans des modes de réalisation préférentiels, l’appareil de protection 2 est un appareil de protection différentielle.
Par exemple, l’appareil 2 est associé à une ligne électrique 4 comportant un conducteur de phase et un conducteur de neutre.
L’appareil 2 comporte un actionneur électromagnétique 10 comportant au moins une bobine 12 configurée pour mettre en mouvement des contacts électriques séparables 14 associés à la ligne électrique 4 lorsque ladite bobine 12 est excitée, en injectant un courant électrique, tel qu’une impulsion de courant.
L’appareil 2 comporte également un capteur 16 configuré pour détecter un défaut électrique dans la ligne électrique 4, tel qu’un tore de mesure différentiel monté autour du conducteur de phase et du conducteur de neutre.
L’appareil 2 comporte un déclencheur électronique 18 connecté au capteur 16 et configuré pour activer l’actionneur électromagnétique lorsqu’un défaut électrique est détecté dans l’installation.
Par exemple, le déclencheur électronique 18 est configuré pour détecter une condition de défaut à partir de mesures réalisées par le capteur 16. En réponse, le déclencheur électronique 18 est configuré pour générer un signal de déclenchement de façon à activer l’actionneur 10.
Dans de nombreux modes de réalisation, le déclencheur électronique 18 est implémenté par un ou plusieurs circuits électroniques. Par exemple, le déclencheur électronique 18 comporte un processeur, tel qu’un microcontrôleur programmable ou un microprocesseur. Selon des variantes, le déclencheur électronique 18 peut comporter un processeur de traitement du signal (DSP), ou un composant logique reprogrammable (FPGA), ou un circuit intégré spécialisé (ASIC), ou tout élément équivalent.
De préférence, l’actionneur électromagnétique 10 est configuré pour être alimenté par la ligne électrique 4 lorsqu’il est activé lors d’un déclenchement de l’appareil. Dit autrement, l’actionneur électromagnétique 10 dépend de l’énergie fournie par l’installation électrique pour assurer son fonctionnement lorsqu’il est activé lors d’un déclenchement.
Par exemple, une borne de la bobine 12 est connectée à la ligne 4 et une borne opposée est connectée à un interrupteur de puissance 20 connecté à une masse électrique du circuit. L’interrupteur de puissance 20 est commutable entre un état passant et un état bloquant. Pour alimenter la bobine 12, l’interrupteur 20 est commuté vers un état passant, autorisant ainsi la circulation du courant entre la ligne 4 et la masse électrique.
Par exemple, l’interrupteur 20 est commuté sous l’action d’un signal de commande envoyé par le déclencheur électronique 18.
Selon des exemples de réalisation, l’interrupteur 20 est un thyristor.
L’appareil 2 comporte également un circuit d’alimentation électrique 22 alimenté électriquement depuis les conducteurs électriques 4.
Le circuit d’alimentation électrique 22 est configuré pour alimenter électriquement le déclencheur électronique 18. Dit autrement, le déclencheur électronique 18 utilise indirectement de l’énergie fournie par l’installation électrique pour fonctionner.
Par exemple, le circuit d’alimentation électrique 22 comporte un redresseur et/ou un circuit de filtrage pour conditionner la tension électrique reçue depuis la ligne 4. En pratique, cette tension électrique peut provenir d’une source d’énergie qui approvisionne l’installation électrique, telle qu’un générateur ou un réseau de distribution.
Selon des modes de réalisation de l’invention, l’appareil de protection électrique 2 comporte en outre un dispositif de déclenchement auxiliaire configuré pour détecter une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique 22 et pour activer l’actionneur électromagnétique 10 en réponse à une telle perte d’alimentation.
Par exemple, le dispositif de déclenchement auxiliaire comporte un détecteur 24, tel qu’un détecteur à fenêtre, connecté en sortie du circuit d’alimentation électrique 22. Par exemple, ladite sortie du circuit d’alimentation électrique 22 fournit la tension d’alimentation électrique qui alimente le déclencheur électronique 18.
Le dispositif de déclenchement auxiliaire comporte un circuit de commande 26, tel qu’un générateur d’impulsions 26.
Le circuit de commande 26 est configuré pour, lorsqu’il est activé, générer une ou plusieurs impulsions d’un signal de commande pour exciter une bobine 12 de l’actionneur électronique.
Lorsque l’appareil 2 est en fonctionnement, le circuit de commande 26 reste inactif tant que le circuit d’alimentation électrique 22 fonctionne normalement et alimente normalement le déclencheur électronique 18.
Dans de nombreux modes de réalisation, l’activation du circuit de commande 26 se fait au moyen du détecteur 24, qui autorise le circuit de commande 26 à émettre un signal de déclenchement en cas de perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique 22.
Plus précisément, le détecteur 24 est configuré pour inhiber le circuit de commande 26 tant que le circuit d’alimentation électrique 22 fonctionne normalement.
Par exemple, on considère que le circuit d’alimentation électrique 22 fonctionne normalement tant qu’il délivre une tension électrique en sortie.
En pratique, on peut définir une « fenêtre », c’est-à-dire un intervalle de valeurs de tension électrique, délimité par deux valeurs seuil prédéfinies. Tant que la tension délivrée par le circuit d’alimentation électrique 22 reste comprise dans l’intervalle de valeurs de tension, alors le circuit d’alimentation 22 est considéré fonctionner normalement. On comprend donc que le détecteur 24 procède à une comparaison de la valeur de tension mesurée en sortie du circuit d’alimentation 22 avec la ou les valeurs seuil prédéfinies.
Dans l’exemple illustré, la sortie de commande du déclencheur électronique 18 et la sortie du circuit de commande 26 sont connectées à une électrode de commande de l’interrupteur 20, par exemple par une porte logique « OU », qui porte ici la référence 28 sur la figure 1.
Un exemple de fonctionnement du dispositif de déclenchement auxiliaire est précisé à l’aide de la figure 2.
Le graphe 30 représente l’évolution, au cours du temps, d’un signal de commande, aussi nommé signal de déclenchement (noté « Trig »), délivré en sortie du circuit de commande 26, ce signal de commande étant utilisé pour commuter l’interrupteur 20 et donc pour piloter l’actionneur électromagnétique 10.
Le graphe 32 représente l’évolution, au cours du temps, d’un signal d’état (noté « Sensor ») délivré en sortie du détecteur 24 et fourni en entrée du circuit de commande 26.
Dans l’exemple illustré, le signal d’état peut prendre deux valeurs possibles : une première valeur, telle qu’une valeur haute, correspondant à un état actif du détecteur 24, et une deuxième valeur, par exemple une valeur basse inférieure à la première valeur, correspondant à un état inactif.
Par exemple, le détecteur 24 est configuré pour rester dans l’état actif tant que le circuit d’alimentation 22 fonctionne normalement et alimente correctement le déclencheur électronique 18. Le détecteur 24 passe dans l’état inactif en cas de perte d’alimentation.
Sur la figure 2, au début de l’exemple, le circuit d’alimentation 22 fonctionne normalement et donc le détecteur 24 est initialement dans l’état actif. Le signal d’état délivré reste à la première valeur, inhibant le circuit de commande.
Puis, à l’instant indiqué sur le graphique 32 par la référence numérique 34, le signal d’état délivré par le détecteur 24 passe à la deuxième valeur, par exemple suite à une perte de l’alimentation électrique résultant d’un dysfonctionnement du circuit d’alimentation 22.
Le circuit de commande 26 cesse alors d’être inhibé et envoie une ou, de préférence, plusieurs impulsions 36 électriques. Selon la nature de l’interrupteur 20, les impulsions peuvent être des impulsions de courant ou des impulsions de tension.
Dans l’exemple illustré, les impulsions 36 provoquent une commutation rapide et séquentielle de l’interrupteur 20 entre les états passant et bloquant. La ou chaque bobine 12 est alors excitée par des impulsions de courant électrique, provoquant l’activation de l’actionneur 10 et l’ouverture des contacts séparables 14.
Selon des modes de réalisation avantageux, la durée des impulsions 36, notée D1, et la durée séparant deux impulsions 36, notée D2, sont choisies de manière à présenter un rapport cyclique prédéfini.
De façon préférentielle, les impulsions 36 sont envoyées périodiquement par le circuit de commande 26, de sorte que la durée D2 séparant deux impulsions 36 consécutives est la même pour toutes les impulsions.
Ainsi, en général, le rapport entre la durée D2 séparant deux impulsions 36 et la durée D1 de chaque impulsion 36 est supérieur ou égal à cinquante, de préférence supérieur ou égal à cent.
Selon un exemple illustratif, les impulsions 36 sont séparées d’une durée D2 supérieure ou égale à 500 millisecondes ou supérieure ou égale à 1 seconde, ou encore plus préférentiellement, supérieure ou égale à 2 secondes.
De même, la durée D1 de chaque impulsion 36 est inférieure ou égale à 50 millisecondes.
Selon des modes de réalisation avantageux, qui seront expliqués plus en détail dans ce qui va suivre, le dispositif de déclenchement auxiliaire est en outre configuré pour que l’activation de l’actionneur électromagnétique 10 en cas de détection d’une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique 22 soit synchronisée avec un front montant de la tension électrique d’alimentation.
La tension électrique d’alimentation est ici la tension électrique obtenue depuis la ligne 4 et qui est fournie en entrée du circuit d’alimentation électrique 22.
Un exemple d’implémentation du circuit de commande 26 est représenté sur la figure 3, sous la référence 40.
De façon particulièrement avantageuse, le circuit de commande 26 est construit à partir d’un montage de type transistor unijonction, de préférence un transistor unijonction programmable.
Par exemple, deux transistors T1 et T2 sont connectés entre eux entre un premier point P1 et un deuxième point P2. Les deux transistors T1 et T2 peuvent être des transistors bipolaires connectés tête bêche par leurs connecteurs et bases respectifs (le collecteur de chaque transistor étant connecté à la base de l’autre transistor).
Selon un exemple illustratif, le premier transistor T1 peut être un transistor bipolaire PNP et le deuxième transistor T2 peut être un transistor bipolaire NPN.
En pratique, les transistors T1 et T2 mesurent la différence de potentiel entre le point P1 et le point P2.
Dans l’exemple illustré, la borne référencée « Input » désigne une borne d’alimentation connectée à l’installation électrique et portée au même potentiel électrique que la ligne 4. Par exemple, la borne d’alimentation est connectée au conducteur qui relie l’interrupteur 20 à la bobine 12.
La borne « Trip output » est une borne de sortie connectée à l’interrupteur 20 sur laquelle est délivré le signal de commande contenant les impulsions 36.
La borne « Inhib » est une borne d’entrée connectée à la sortie du détecteur 24, qui est ici représenté en traits pointillés. La référence « GND » désigne une masse électrique du circuit.
Le point « OUT » désigne un point intermédiaire connecté à l’émetteur du deuxième transistor T2 et indirectement connecté à la sortie « Trip output ». Dans l’exemple illustré, le point P1 est connecté à l’émetteur du premier transistor T1 et le point P2 est connecté à la base du deuxième transistor T2.
Ces points P1, P2 et OUT sont définis pour à des fins d’illustration pour expliciter certains aspects du fonctionnement du circuit 40.
Le circuit 40 comporte également des résistances R1, R2, R3, R4, R5, des diodes D1, D2 et des condensateurs C1, C2.
Le fonctionnement du circuit 40 est explicité grâce à la figure 4, qui représente l’évolution, en fonction du temps (noté t et exprimé en millisecondes), des potentiels électriques mesurés aux points P1, P2, OUT (ou, de façon équivalente, des tensions électriques entre ces points et la masse GND) et de la tension du réseau reçue sur l’entrée « Input ».
Dans l’exemple illustré, les courbes 54, 52, 56 et 50 correspondent respectivement à la tension au point P1, à la tension au point P2, à la tension d’entrée et la tension au point OUT. Ces tensions sont exprimées sur une échelle d’amplitudes arbitraire (en ordonnées), pour simplifier l’explication.
En pratique, l’inhibition réalisée par le détecteur 24 consiste à court-circuiter les bornes du condensateur C1, qui est connecté en parallèle avec le détecteur 24 entre la masse et la borne « Inhib », ce condensateur C1 étant en outre connecté en série avec la résistance R1 et la diode D1 entre la masse GND et l’entrée « Input ». Le point P1 est ici connecté entre la résistance R1 et le condensateur C1.
Ainsi, tant qu’une tension non nulle est présente aux bornes de ce condensateur, le potentiel électrique au point P1 ne peut pas s’élever.
De plus, tant que le potentiel du point P1 est inférieur à celui du point P2, le montage est au repos et rien ne se passe. Le potentiel du point P2 se stabilise à la valeur résultant du pont diviseur formé par les résistances R2, R3 et R4 au point OUT, ces résistances R2, R3 et R4 étant connectées en série entre la borne d’entrée « Input » et la masse GND.
L’ondulation résiduelle observée sur la courbe 52 dépend quant à elle de la valeur du deuxième condensateur C2, qui est connecté en parallèle des résistances R3 et R4 entre le point P2 et la masse GND.
La tension au point OUT dépend quant à elle de la valeur de la résistance R4, qui est choisie pour rester inférieure au seuil de conduction de la diode D2, ici montée sur la branche du circuit reliant le point OUT à la sortie « Trip output ». En sortie, la résistance R5 limite le courant sortant sur la sortie « Trip output ».
Par exemple, le seuil de conduction de la diode D2 peut être choisi égal à environ 0,2V.
Comme expliqué précédemment, le déclenchement de l’actionneur 10 doit être synchronisé avec la survenue d’un front d’onde montant sur la tension réseau. Cela permet d’interrompre plus facilement le courant électrique dans la ligne 4 lorsque les contacts séparables 14 sont ouverts sous l’action du déclencheur 10.
Pour ce faire, de préférence, l’ordre de déclenchement, matérialisé par la première impulsion 36, doit être envoyé par le circuit de commande au moment où l’ondulation du potentiel électrique au point P2 commence à décroître.
Ce comportement peut être obtenu en dimensionnant les condensateurs C1 et C2 (ainsi que les résistances R1 et R2) de telle sorte que la constante de temps du circuit de charge associé au deuxième condensateur C2 soit plus faible (plus rapide) que celle associée au premier condensateur C1.
Par ailleurs, pour assurer la synchronisation mentionnée ci-dessus, il peut être souhaitable que les tensions électriques mesurées aux points P1 et P2 restent contraintes dans certaines gammes de valeurs liées à la tension de seuil de conduction du transistor unijonction.
Ainsi, la tension de seuil de conduction du transistor unijonction, notée Vth dans ce qui suit, peut être définie, grâce à un dimensionnement approprié des composants du circuit 40, de manière à ce que l’augmentation de l’amplitude du potentiel électrique mesuré au premier point P1 pendant la phase de décroissance du potentiel électrique mesuré au deuxième point P2 (qui survient périodiquement avec les oscillations de la tension d’entrée, comme visible sur les courbes 50 et 52 de la figure 4) soit inférieure à deux fois la tension de seuil de conduction Vth.
De façon analogue, la variation de l’amplitude du potentiel électrique mesuré au deuxième point P2 pendant la phase de décroissance du potentiel électrique mesuré au premier point P1 (visible sur les courbes 50 et 52) soit supérieure à cinq fois la tension de seuil de conduction Vth, afin d’éviter un retard de l’ordre de déclenchement par rapport au passage à zéro de la tension d’alimentation.
Le choix des valeurs de capacité des condensateurs C1 et C2 permet également de régler la durée D2 séparant deux impulsions.
Par exemple, dans un réseau électrique 230 Volts AC fonctionnant à 50Hz, pour des valeurs de résistance R1, R2, R3 et R4 respectivement égales à 2 M, 500k, 100k et 1k, et pour une valeur de capacité du condensateur C2 égale à 1µF, une valeur de capacité du premier condensateur C1 comprise entre 1,5 µF et 10 µF donnera une durée D2 comprise entre 550 millisecondes et 3,6 secondes.
Sur la figure 4, le déclenchement survient peu de temps après l’instant indexé à 540 millisecondes sur l’axe des abscisses.
De façon générale, lorsque l’inhibition n’est plus réalisée, la tension au point P1 augmente jusqu’à dépasser la tension au point P2. Le transistor T1 commute vers l’état passant, entraînant à sa suite le transistor T2 qui commute à son tour vers l’état passant.
Un phénomène d’avalanche est alors observé, car la mise en conduction brutale du deuxième transistor T2 entraîne une décharge rapide du condensateur C1, ce qui donne naissance à l’impulsion 36 et correspond à un pic de tension observé au point OUT (courbe 56).
Une fois que le premier condensateur C1 est déchargé, le circuit se retrouve dans sa position initiale, et la tension au point P1 augmente à nouveau du fait de la charge du condensateur C1 au travers de la résistance R1.
Les mêmes étapes sont ensuite répétées de façon cyclique à mesure que le condensateur C1 se décharge puis se recharge à nouveau.
De façon générale, le dispositif de déclenchement auxiliaire de l’appareil 2 est configuré pour mettre en œuvre le fonctionnement suivant :
- tant que le circuit d’alimentation 20 alimente normalement le déclencheur 18, inhiber automatiquement le circuit de commande 26, par exemple au moyen d’un signal envoyé au circuit de commande 26 par le détecteur 24 ;
- lorsque le circuit d’alimentation 20 cesse d’alimenter normalement le déclencheur 18, générer un signal de déclenchement au moyen du circuit de commande 26. Par exemple, la perte d’alimentation est détectée par le détecteur 24, qui cesse alors d’inhiber le circuit de commande 26.
Grâce à l’invention, l’appareil de protection 2 présente un comportement sûr et sécurisé en cas de défaillance du circuit d’alimentation électrique 22, puisqu’un ordre de déclenchement est alors automatiquement envoyé par le générateur d’impulsions 26 dès qu’une perte d’alimentation ou un dysfonctionnement est détecté par le détecteur 24.
De plus, l’utilisation d’un déclencheur auxiliaire selon les modes de réalisation décrits ci-dessus permet à l’appareil de protection 2 de fonctionner et de garantir ce comportement sécurisé quel que soit la façon dont l’appareil de protection 2 est connecté dans l’installation électrique.
Dit autrement, l’appareil de protection 2 présente le fonctionnement décrit que la source d’alimentation électrique de l’installation soit connectée en amont ou en aval de l’appareil de protection 2.
Notamment, l’utilisation d’impulsions électriques pour commander l’interrupteur 20 permet d’éviter tout risque de surchauffe et d’endommagement thermique de l’appareil de protection 2. En effet, l’actionneur 10 peut être optimisé en termes de dimensionnement des bobines 12, voire pour présenter une certaine compacité, et peut ainsi ne pas supporter une montée en température due à l’échauffement des bobines 12 lorsque celles-ci sont alimentées en permanence.
Or, c’est justement ce qui se produit en cas de déclenchement dans le cas où l’appareil de protection 2 est monté en amont de la source d’alimentation électrique de l’installation. En effet, comme le branchement sur la ligne électrique 4 qui sert à alimenter l’actionneur 10 et le circuit d’alimentation 22 est situé en aval des contacts séparables 14, comme visible sur la figure 1, l’actionneur 10 continuerait à être alimenté électriquement en permanence même en cas de déclenchement et d’ouverture des contacts séparables 14.
Dans le cas présent, la durée relativement courte des impulsions par rapport à la durée entre deux impulsions permet à l’actionneur de refroidir entre deux impulsions, tout en garantissant le déclenchement de l’appareil 2 et l’ouverture des contacts séparables 14.
Par ailleurs, le générateur d’impulsions 26 est ici construit à partir de composants relativement simples, fiables et peu couteux. Du fait de cette conception simplifiée et de son comportement passif, le générateur d’impulsions 26 n’est ainsi pas exposé à une éventuelle défaillance de sa propre alimentation auxiliaire, ce qui garantit un comportement plus sûr en cas de défaillance.
Dans de nombreux modes de réalisation, le détecteur 24 peut être implémenté par un circuit électronique construit à partir de composants discrets, par exemple au moyen de transistors, afin d’obtenir le comportement décrit ci-dessus.
Selon un mode de réalisation non illustré, le détecteur 24 comporte :
- un premier transistor, une première résistance et une première diode Zéner, connectés en série pour former une première branche du circuit, et
- un deuxième transistor, une deuxième résistance et une deuxième diode Zéner, connectés en série pour former une première branche du circuit.
Dans les deux cas, la résistance est connectée à une électrode de commande du transistor correspondant, par exemple à une grille du transistor.
Par exemple, les transistors sont des transistors de technologie métal oxyde semiconducteur (MOS), mais d’autres technologies peuvent être utilisées.
Le premier transistor est par ailleurs connecté (ici au moyen de son drain) à une borne de sortie du détecteur 24, sur laquelle est émis le signal d’état lorsque le détecteur 24 est en fonctionnement. La borne de sortie du détecteur 24 est destinée à être connectée à la borne d’entrée « Inhib » du circuit 40. L’autre borne du premier transistor est connectée à la masse du circuit. Le deuxième transistor est par ailleurs connecté (ici au moyen de son drain) à la première branche et par son autre électrode à la masse du circuit.
Une ou plusieurs résistances peuvent être connectées entre chaque branche et la masse électrique.
Les première et deuxième diodes Zener sont toutes deux connectées, par leur cathode, à une borne d’entrée du détecteur 24. Cette borne d’entrée est destinée à être connectée à la sortie du circuit d’alimentation 22 pour mesurer la tension à surveiller.
La tension de seuil des diodes Zener permet de définir les valeurs seuil de la fenêtre de valeurs à surveiller.
Par exemple, la tension de seuil de la première diode Zener est utilisée pour définir la valeur basse de la fenêtre à surveiller et la tension de seuil de la deuxième diode Zener est utilisée pour définir la valeur haute de la fenêtre à surveiller.
En pratique, toutefois, il faut tenir compte de la présence des différentes résistances, qui agissent comme un pont diviseur de tension.
Ainsi, le premier transistor est passant lorsque la tension reçue sur la borne d’entrée sera égale à la valeur de seuil bas de la fenêtre, qui dépend de la première diode Zener.
Le deuxième transistor est passant lorsque la tension reçue sur la borne d’entrée égale à la valeur de seuil haut de la fenêtre, qui dépend de la deuxième diode Zener.
D’autres modes de réalisation sont cependant possibles.
Selon une première variante, le détecteur 24 peut être intégré dans un dispositif électronique de supervision de défaillance faisant partie de l’appareil de protection 2.
Ce dispositif électronique de supervision de défaillance peut ainsi être implémenté par un ou plusieurs circuits électroniques, tel qu’un processeur, notamment un microcontrôleur programmable ou un microprocesseur, ou encore par un processeur de traitement du signal (DSP), ou un composant logique reprogrammable (FPGA), ou un circuit intégré spécialisé (ASIC), ou tout élément équivalent.
Selon une deuxième variante, s’inscrivant dans le prolongement de la première variante, le dispositif électronique de supervision de défaillance peut également intégrer le déclencheur électronique 18. En d’autres termes, le détecteur 24 et le déclencheur électronique 18 font alors partie d’un même dispositif, connecté au circuit de contrôle 26.
Dans ces deux variantes, le dispositif électronique de supervision de défaillance peut implémenter des fonctions de surveillance et de diagnostic indépendantes de la détection d’une défaillance du circuit d’alimentation 22.
Par exemple, le dispositif électronique de supervision de défaillance peut comporter une sonde de mesure couplée au capteur 16 afin de détecter une défaillance du capteur 16 ou de la chaîne de traitement et de mesure associée.
Dans le cas où le capteur 16 est un tore de mesure différentielle, ladite sonde de mesure peut être configurée pour injecter par induction un courant électrique dans le tore.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour créer de nouveaux modes de réalisation.
Claims (10)
- Appareil de protection électrique (2), comportant :
- des contacts électriques séparables (14) aptes à être associés à des conducteurs électriques (4) d’une installation électrique,
- un actionneur électromagnétique (10) configuré pour ouvrir les contacts électriques séparables (14) lorsqu’activé,
- un déclencheur électronique (18) configuré pour activer l’actionneur électromagnétique lorsqu’un défaut électrique est détecté dans l’installation, et
- un circuit d’alimentation électrique (22) alimenté électriquement depuis les conducteurs électriques (4) et configuré pour alimenter électriquement le déclencheur électronique (18),
dans lequel l’appareil de protection électrique (2) comporte en outre un dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) configuré pour détecter une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique (22) et pour activer l’actionneur électromagnétique (10) en réponse à une telle perte d’alimentation. - Appareil de protection électrique selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) comporte un circuit de commande (26), tel qu’un générateur d’impulsions, configuré pour générer une ou plusieurs impulsions (36) d’un signal de commande pour exciter ponctuellement une bobine (12) de l’actionneur électronique (10).
- Appareil de protection électrique selon la revendication 2, dans lequel le circuit de commande (26) est couplé à un interrupteur de puissance (20), tel qu’un un thyristor, qui contrôle l’activation de l’actionneur électromagnétique (10).
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, dans lequel les impulsions (36) sont séparées d’une durée (D2) supérieure ou égale à 500 millisecondes ou supérieure ou égale à 1 seconde.
- Appareil de protection électrique selon la revendication 4, dans lequel le rapport entre la durée (D2) séparant deux impulsions (36) et la durée (D1) de chaque impulsion (36) est supérieur ou égal à cinquante, de préférence supérieur ou égal à cent.
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la durée (D1) de chaque impulsion (36) est inférieure ou égale à 50 millisecondes.
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) comporte un détecteur (24), tel qu’un détecteur à fenêtre, connecté en sortie du circuit d’alimentation électrique (22), ledit détecteur (24) étant configuré pour inhiber le générateur d’impulsions tant que le circuit d’alimentation électrique (22) délivre une tension électrique en sortie et pour autoriser l’émission d’impulsions par le circuit de commande (26) en cas de perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique (22).
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) est en outre configuré pour, en cas de détection d’une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique (22), activer l’actionneur électromagnétique (10) de façon synchronisée avec un front montant de la tension électrique d’alimentation en entrée du circuit d’alimentation électrique (22).
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) comporte un transistor unijonction (40).
- Appareil de protection électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de déclenchement auxiliaire (24, 26) est configuré pour émettre une alarme en cas de déclenchement de l’actionneur (10) suite à une détection d’une perte d’alimentation électrique en sortie du circuit d’alimentation électrique (22).
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