FR3116391A1 - Appareillage de protection à coupure électronique - Google Patents

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Abstract

Appareillage de protection à coupure électronique L’invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique comprenant - une ligne de courant de phase et une ligne de courant de neutre, - un capteur de mesure (1’), - un déclencheur électronique de protection relié électriquement avec ledit capteur de mesure (1’) pour traiter ledit signal d’acquisition et pour émettre un signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut, - un mécanisme d’isolation galvanique (4) comprenant une première et deuxième paires de contacts, configuré pour être actionné par un mécanisme de commande (30) ou par un actionneur (3), caractérisé en ce que ledit appareillage de protection électronique comprend - une unité de coupure électronique (9), comprenant un composant électronique de coupure (10, 11) de puissance disposé respectivement sur ladite ligne de courant de phase, et étant apte et destinée à être pilotée en déclenchement par ledit signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut pour ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure (10, 11), en ce que l’actionneur (3) est configuré pour actionner l’ouverture des première et deuxième paires de contact consécutivement à l’ouverture dudit composant électronique de coupure (10, 11), et en ce que l’appareillage de protection électronique comprend un boîtier (12) au format modulaire. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 3

Description

Appareillage de protection à coupure électronique
L’invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique.
Les appareillages de protection électriques avec coupure par arc, de type disjoncteur modulaire ou disjoncteur différentiel modulaire, sont soumis à de fortes contraintes lors de l’apparition de courts-circuits sur l’installation. Il en résulte que le produit peut être endommagé et ses performances peuvent être dégradées. A terme, des dégâts peuvent être provoqués sur l’installation électrique. De plus, le développement et la mise au point de ces appareillages de protection avec coupure par arc, demeure un réel défi technique.
Par ailleurs, la durée de vie de ce type d’appareillage de protection est limitée car les effets de l’arc électrique entre les contacts et dans la chambre de coupure dégradent l’appareillage de protection et polluent son environnement. Les performances en pouvoir de coupure sont également limitées par la taille et la mise en œuvre de la chambre de coupure, ainsi que les propriétés de l’arc électrique.
La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et vise à proposer une solution permettant d’éviter les problèmes liés à l’arc électrique tout en proposant un appareillage de protection à faible encombrement.
A cet effet, l’invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 1.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
représente une vue en perspective de l’avant d’un appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention associé à un rail de support,
représente une vue en perspective de l’arrière de l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention associé au rail de support,
représente une vue en coupe de l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention associé au rail de support, et
représente une vue d’un schéma électrique de l’appareillage de protection de coupure électronique selon l’invention.
En référence aux figures, un appareillage de protection à coupure électronique comprend au moins :
- au moins une ligne de courant de phase L et une ligne de courant de neutre N ( ),
- au moins un capteur de courant 1, 1’ apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L ou le courant différentiel entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L ou une image du courant différentiel entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N ( ),
- un déclencheur électronique de protection 2 relié électriquement avec ledit capteur de courant 1, 1’ et apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut ( ),
- un actionneur 3 relié électriquement avec ledit déclencheur électronique de protection 2 (figures 3 et 4),
- un mécanisme d’isolation galvanique 4 comprenant au moins une première paire de contacts avec un premier contact fixe 5 et un premier contact mobile 6 disposés sur la ligne de courant de phase L et une deuxième paire de contacts avec un deuxième contact fixe 7 et un deuxième contact mobile 8 disposés sur la ligne de courant de neutre N, ledit mécanisme d’isolation galvanique 4 étant apte et destiné à être actionné par un mécanisme de commande 30 de type manette agencé pour ouvrir ou fermer les première et deuxième paires de contacts ou par ledit actionneur 3 (figures 1, 3 et 4).
Conformément à l’invention, ledit appareillage de protection à coupure électronique est caractérisé en ce qu’il comprend :
- une unité de coupure électronique 9, comprenant au moins un composant électronique de coupure 10, 11 de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase L, ladite unité de coupure électronique 9 étant apte et destinée à être pilotée en déclenchement par ledit signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut pour ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure 10, 11, (figures 3 et 4),
- une alimentation électrique 33 configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection 2 et l’unité électronique de coupure 9 ( ),
en ce que l’actionneur (3) est configuré pour actionner l’ouverture des première et deuxième paires de contact consécutivement à l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure (10, 11),
et en ce que l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un boîtier 12 au format modulaire (figures 1, 2 et 3).
On entend par format modulaire, un format qui est de préférence conforme à la norme UTE C61-920.
Avantageusement, l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention permet de réaliser une coupure en cas d’apparition d’un défaut sans générer d’arc électrique entre les première et deuxième paires de contacts. Il en résulte que la coupure est effectuée uniquement électroniquement par l’unité de coupure électronique 9 à la suite de l’apparition d’un défaut. En effet, le déclencheur électronique de protection 2 et l’unité de coupure électronique 9 sont configurés pour ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure 10, 11 lors de l’apparition d’un défaut, de sorte à interrompre la circulation du courant dans la ligne de courant de phase L.
L’actionneur 3 est configuré pour ouvrir les première et deuxième paires de contacts, de sorte à assurer une isolation galvanique en amont et en aval de l’appareillage de protection à coupure électronique. Ainsi, l’actionneur 3 est configuré pour ouvrir les première et deuxième paires de contacts consécutivement à l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure 10, 11. Cette ouverture des première et deuxième paires de contacts ne génère pas d’arc électrique. Ainsi, le mécanisme d’isolation galvanique 4 n’est pas utilisé dans la présente invention pour réaliser une coupure en cas de défaut, mais uniquement pour réaliser une fonction d’isolation galvanique. Il en résulte qu’il n’est plus nécessaire de prévoir de chambre de coupure comme c’est le cas habituellement pour les appareillages de protection électrique avec coupure par arc. Par ailleurs, les éléments électromécaniques qui servent habituellement à réaliser une coupure par arc sont remplacés, tels qu’un bilame et/ou un relais magnétique ou équivalent, par l’unité de coupure électronique 9, afin de réaliser les mêmes fonctions de protection. Cette configuration avantageuse permet ainsi de libérer de l’espace dans le boîtier 12 au format modulaire pour y placer l’unité de coupure électronique 9. Ainsi, il est possible de contenir les différents composants électroniques et électromécaniques de l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention, c’est-à-dire au moins : la ligne de courant de phase L, la ligne de courant de neutre N, le capteur de courant 1, 1’, le déclencheur électronique de protection 2, l’actionneur 3, le mécanisme d’isolation galvanique 4, une partie du mécanisme de commande 30 et l’unité de coupure électronique 9, à l’intérieur d’un boîtier 12 au format modulaire. Avantageusement, l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention peut remplacer un appareillage modulaire traditionnel utilisant la coupure par arc. L’unité de coupure électronique 9 permet une coupure rapide de l’ordre de la microseconde. L’invention permet d’augmenter grandement le pouvoir de coupure et la durée de vie, c’est-à-dire l’endurance, de l’appareillage de protection à coupure électronique soumis à des défauts, le tout dans un encombrement modulaire.
L’unité de coupure électronique 9 est reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2 ( ).
Par exemple, le déclencheur électronique de protection 2 peut comprendre un microcontrôleur 31 et le cas échéant un driver de puissance 32 ( ).
Dans tous les cas, le déclencheur électronique de protection 2 permet de préférence de traiter les signaux provenant du ou des capteurs de mesure 1 qui peuvent être représentatifs d’un défaut de type court-circuit et/ou surcharge et/ou différentielle et de piloter en déclenchement l’unité de coupure électronique 9 et donc l’ouverture du composant électronique de coupure 10, 11, (figures 3 et 4).
Ces signaux provenant du ou des capteurs de courant 1, 1’ peuvent représenter une image du courant I dans la ligne de courant de phase L et/ou une image du courant différentiel ∆I entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. Ces signaux peuvent être traités par une unité de mesure 34 que comprend le déclencheur électronique de protection 2 et qui est représentée à la . L’unité de mesure 34 est de préférence d’une part reliée électriquement audit au moins un capteur de courant 1, 1’ et d’autre part au microcontrôleur 31.
Une mesure de la tension entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N peut également être réalisée. Cette mesure de la tension réseau permet la détection les défauts de type surtension/sous-tension. Dans ce cas, l’unité de mesure 34 est reliée électriquement d’une part à la ligne de courant de phase L et à la ligne de courant de neutre N (voir ).
Le microcontrôleur 31 est de préférence configuré pour piloter le driver de puissance 32 à partir des signaux provenant du ou des capteurs de courant 1, 1’ et qui sont préalablement traités de préférence par l’unité de mesure 34. Le microcontrôleur 31 peut également être configuré pour effectuer d’autres fonctionnalités, telles que communiquer avec d’autres appareils électriques.
Le driver de puissance 32 est de préférence configuré pour piloter le composant électronique de coupure 10, 11 à partir des signaux provenant du microcontrôleur 31. Le driver de puissance 32 permet d’assurer le bon fonctionnement et l’intégrité dudit au moins un composant électronique de coupure 10,11.
Ledit au moins un capteur de courant 1, 1’ peut consister de préférence en un capteur de courant 1 ( ) et/ou un capteur de courant différentiel 1’ (figures 3 et 4).
Le capteur de courant 1 est apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant I circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L. Le capteur de courant 1 permet de détecter les défauts de type surcharge et/ou court-circuit.
Le capteur de courant différentiel 1’ est apte et destiné au moins à mesurer le courant différentiel circulant entre ladite au moins une ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant différentiel ∆I entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. Le capteur de courant différentiel 1’ permet de détecter les défauts différentiels.
Le capteur de courant 1 peut consister en un shunt de mesure ( ). De manière alternative, le capteur de courant pourrait très bien utiliser une autre technologie de type Rogowski, transformateur de courant, capteur à effet Hall ou similaire.
Le capteur de courant différentiel 1’ peut consister en un tore de mesure différentiel (figures 3 et 4).
L’alimentation électrique 33 peut consister en un convertisseur AC/DC non isolé et être reliée électriquement en parallèle entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N ( ).
De préférence et comme l’illustrent les figures 1, 2 et 3, ledit boîtier 12 présente une forme globalement parallélépipédique avec une première face principale 13 et une deuxième face principale 14, et des faces latérales, respectivement arrière 15, inférieure 16, avant 17 et supérieure 18 s'étendant de l'une à l'autre des première et deuxième faces principales 13, 14, et avec une largeur, c'est-à-dire l'écart entre les première et deuxième faces principales, égale à un nombre entier de fois une distance prédéterminée, appelée module.
Grâce à cette disposition avantageuse, le format du boîtier 12 est modulaire et il en résulte un appareillage de protection à coupure électronique modulaire.
L’appareillage de protection à coupure électronique représenté aux figures 1, 2 et 3 présente une largeur de deux modules. Cet exemple n’est pas limitatif.
De préférence et comme l’illustre la , ladite unité de coupure électronique 9 est disposée dans le boîtier 12 du côté de la face latérale arrière 15.
Ainsi, l’unité de coupure électronique 9 est disposée au voisinage de la face latérale arrière 15, c’est-à-dire plus près de la face latérale arrière 15 que de la face latérale avant 17.
Avantageusement cet emplacement utilisé dans l’art antérieur pour la chambre de coupure, est désormais dédié à l’unité électronique de coupure 9 et plus particulièrement aux composants électroniques de coupure qui permettent d’interrompre et d’établir le courant sans utiliser d’arc. Cet emplacement est idéal car il permet de dissiper au mieux les pertes joules générées notamment par les composants électroniques 10, 11 de coupure de l’unité électronique de coupure 9 sur la face latérale arrière 15 du boîtier 12.
Dans ce cas et comme l’illustre la , ladite unité de coupure électronique 9 est préférentiellement disposée dans le boîtier 12 en regard de la face latérale arrière 15.
Cette configuration permet encore d’optimiser la dissipation des pertes joules.
De préférence et comme le montre la , l’actionneur 3, le mécanisme d’isolation galvanique 4 et le mécanisme de commande 30 forment un sous-ensemble électromécanique qui est disposé dans le boîtier 12 du côté de la face avant 17 de laquelle le mécanisme de commande 30 est saillant.
Ainsi, ce sous-ensemble électromécanique est disposé au voisinage de la face latérale avant 17, c’est-à-dire plus près de la face latérale avant 17 que de la face latérale arrière 15.
Préférentiellement et comme l’illustre la , l’actionneur 3, le mécanisme d’isolation galvanique 4 et le mécanisme de commande 30 forment un sous-ensemble électromécanique et ladite unité de coupure électronique 9 est disposée dans le boîtier 12 entre le sous-ensemble électromécanique et la face latérale arrière 15.
Lorsque l’appareillage de protection à coupure électronique réalise une fonction de protection de disjoncteur différentiel, alors le capteur de courant différentiel 1’ qu’il comporte fait de préférence partie de ce sous-ensemble électromécanique ( ).
Préférentiellement, ladite face latérale arrière 15 est en matériau métallique.
Ce choix de matériau permet d’optimiser la conduction thermique entre les composants électroniques de coupure 10, 11 de puissance avec un rail de support 22, par exemple un rail DIN, décrit ci-après.
De préférence, ladite face latérale arrière 15 comprend au moins un dissipateur thermique 19.
Avantageusement, le dissipateur thermique 19 permet d’optimiser la convection thermique avec l’air ambiant.
Dans ce cas et comme l’illustre la , le dissipateur thermique 19 comprend de préférence une pluralité d’ailettes 20.
Cette géométrie permet d’optimiser la convection thermique avec l’air ambiant.
Préférentiellement et comme le montrent les figures 2 et 3, ladite face latérale arrière 15 comprend des moyens de fixation 21 à un rail de support 22 de préférence métallique.
Avantageusement, les moyens de fixation 21 permettent d’associer l’appareillage de protection à coupure électronique à un rail de support 22 de type rail DIN.
Préférentiellement et comme l’illustrent les figures 1 et 2, la première face principale 13 et/ou la deuxième face principale 14 et/ou la face latérale arrière 15 et/ou la face latérale inférieure 16 et/ou la face latérale avant 17 et/ou la face latérale supérieure 18 comporte(nt) au moins un orifice d’évacuation thermique 23.
Ledit au moins un orifice d’évacuation thermique 23 permet l’évacuation de l’air chauffé par l’unité électronique de coupure 9. Cette configuration avantageuse permet également d’améliorer la dissipation thermique par évacuation de l’air chaud.
De préférence et comme l’illustre la , ledit au moins un composant électronique de coupure 10, 11 comprend au moins un transistor de puissance, préférentiellement deux transistors de puissance. Les deux transistors de puissance sont de préférence montés en série, par exemple de façon tête-bêche, sur la ligne de courant de phase L.
Par exemple, ce transistor de puissance peut consister en un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champs. Il est piloté par le driver de puissance 32 de manière à conduire ou non le courant électrique.
Le capteur de courant 1 est de préférence un shunt de mesure, situé entre les deux transistors sur la et relié de préférence en série.
Avantageusement, l’architecture électronique de l’appareillage de protection à coupure électronique permet d’envisager l’ajout de fonctions de protection supplémentaires.
Ainsi, l’appareillage de protection à coupure électronique peut réaliser une fonction de protection de disjoncteur différentiel, mais également d’autres fonctionnalités par exemple la mesure de courant et de tension, la protection contre les défauts d’arcs électriques dans l’installation ainsi que le réglage de la courbe de déclenchement ou encore le pilotage à distance. Toutes ces fonctionnalités peuvent être ajoutées sans difficultés d’encombrement. L’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention peut ainsi être complet en termes de fonctions de protection et de fonctionnalités.
Lorsque l’appareillage de protection à coupure électronique réalise une fonction de protection de disjoncteur différentiel, il comprend de préférence un capteur de courant différentiel 1’ ( ) permettant de détecter des défauts de type défauts différentiels.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims (11)

  1. Appareillage de protection à coupure électronique comprenant au moins :
    - au moins une ligne de courant de phase (L) et une ligne de courant de neutre (N),
    - au moins un capteur de courant (1, 1’) apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase (L) ou le courant différentiel entre la ligne de courant de phase (L) et la ligne de courant de neutre (N) et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase (L) ou une image du courant différentiel entre la ligne de courant de phase (L) et la ligne de courant de neutre (N) ,
    - un déclencheur électronique de protection (2) relié électriquement avec ledit capteur de courant (1) et apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut,
    - un actionneur (3) relié électriquement avec ledit déclencheur électronique de protection (2),
    - un mécanisme d’isolation galvanique (4) comprenant au moins une première paire de contacts avec un premier contact fixe (5) et un premier contact mobile (6) disposés sur la ligne de courant de phase (L) et une deuxième paire de contacts avec un deuxième contact fixe (7) et un deuxième contact mobile (8) disposés sur la ligne de courant de neutre (N), ledit mécanisme d’isolation galvanique (4) étant apte et destiné à être actionné par un mécanisme de commande (30) de type manette agencé pour ouvrir ou fermer les première et deuxième paires de contacts ou par ledit actionneur (3),
    caractérisé en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend :
    - une unité de coupure électronique (9), comprenant au moins un composant électronique de coupure (10, 11) de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase (L), ladite unité de coupure électronique (9) étant apte et destinée à être pilotée en déclenchement par ledit signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut pour ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure (10, 11),
    - une alimentation électrique (33) configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection (2) et l’unité électronique de coupure (9),
    en ce que l’actionneur (3) est configuré pour actionner l’ouverture des première et deuxième paires de contact consécutivement à l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure (10, 11),
    et en ce que l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un boîtier (12) au format modulaire.
  2. Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit boîtier (12) présente une forme globalement parallélépipédique avec une première face principale (13) et une deuxième face principale (14), et des faces latérales, respectivement arrière (15), inférieure (16), avant (17) et supérieure (18) s'étendant de l'une à l'autre des première et deuxième faces principales (13, 14), et avec une largeur, c'est-à-dire l'écart entre les première et deuxième faces principales, égale à un nombre entier de fois une distance prédéterminée, appelée module.
  3. Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite unité de coupure électronique (9) est disposée dans le boîtier (12) du côté de la face latérale arrière (15).
  4. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que l’actionneur (3), le mécanisme d’isolation galvanique (4) et le mécanisme de commande (30) forment un sous-ensemble électromécanique qui est disposé dans le boîtier (12) du côté de la face avant (17) de laquelle le mécanisme de commande (30) est saillant.
  5. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l’actionneur (3), le mécanisme d’isolation galvanique (4) et le mécanisme de commande (30) forment un sous-ensemble électromécanique et en ce que ladite unité de coupure électronique (9) est disposée dans le boîtier (12) entre le sous-ensemble électromécanique et la face latérale arrière (15).
  6. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que ladite face latérale arrière (15) est en matériau métallique.
  7. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ladite face latérale arrière (15) comprend au moins un dissipateur thermique (19).
  8. Appareillage de protection à coupure électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (19) comprend une pluralité d’ailettes (20).
  9. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que ladite face latérale arrière (15) comprend des moyens de fixation (21) à un rail de support (22) de préférence métallique.
  10. Appareillage électronique de protection selon l’une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la première face principale (13) et/ou la deuxième face principale (14) et/ou la face latérale arrière (15) et/ou la face latérale inférieure (16) et/ou la face latérale avant (17) et/ou la face latérale supérieure (18) comporte au moins un orifice d’évacuation thermique (23).
  11. Appareillage de protection à coupure électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit au moins un composant électronique de coupure (10, 11) comprend au moins un transistor de puissance.
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