FR2637135A1 - Circuit de reduction des courants de fuite dans les cellules de filtrage - Google Patents

Abstract

Dispositif de réduction des courants de fuite dans un circuit de filtrage comprenant des bobines connectées en série sur une phase et des condensateurs de découplage à la terre. Selon l'invention, les armatures de même nature des condensateurs C sont reliées en un point commun 11, une bobine 10 étant montée en parallèle entre la phase et le point 11. Applications : réduction, voire suppression des courants de fuite à la terre, et réutilisation des circuits de filtrage existants.

Description

CIRCUIT DE REDUCTION DES COURANTS DE FUITE
DANS LES CELLULES DE FILTRAGE
La présente invention a pour objet un circuit de filtrage destiné en particulier, mais non exclusivement, au filtrage du courant secteur d'une unité d'habitation telle qu'un immeuble par exemple de bureaux, ou de lieux de travail tels qu'une usine ou un laboratoire, quelles que soient la fréquence et la tension du réseau d'alimentation.

On sait que les appareils, notamment les appareils informatiques, sont sensibles aux parasites et aux courants vagabonds, et qu'outre les protections individuelles de chacun des appareils, il est hautement souhaitable de protéger l'ensemble des appareils électriques et électroniques mis en oeuvre dans un lieu de production, en prévoyant un circuit de filtrage à l'entrée de l'installation, c'est-à-dire à l'endroit où elle est raccordée au secteur, tant en ce qui concerne les courants parasites venant de l'extérieur que ceux qui sont générés à l'intérieur de l'installation, afin de ne pas perturber les installations voisines.

En première approche, il est possible de dire que le réseau interne véhicule d'une part, le courant utile qui est en
Europe à une fréquence de 50 Hertz généralement sous une tension de 220 Volts et des courants parasites dont les fréquences sont variables, mais dont les plus néfastes ont une fréquence de quelques kilohertz, les courants de fréquence supérieure pouvant être éliminés plus facilement.

Il est, bien entendu, déjà connu de filtrer une installation dans son intégralité, c'est-à-dire au voisinage du point de raccordement au secteur. La figure.1 représente le schéma d'une cellule de filtrage permettant d'éliminer les signaux parasites à fréquences élevées. A cet effet, on dispose sur le réseau des cellules constituées de selfs et de capacités de fortes valeurs, les condensateurs dérivant vers la terre une proportion satisfaisante de courants parasites.

Mais, malheureusement, ces condensateurs de fortes valeurs (par exemple 30 pF) dérivent également du courant utile à 50 Hertz et l'intensité du courant de fuite peut atteindre par exemple 10 Ampères. Or, les disjoncteurs différentiels ne protègent le personnel que dans la mesure où les courants sont assez faibles. I1 existe donc des risques d'accident importants, et de plus, la consommation de ce courant est, bien entendu, facturée par le fournisseur.

On a représenté sur la figure 1, deux cellules adjacentes de filtrage connectées en série telles que celles qui sont actuellement utilisées, généralement au nombre de trois.

Le courant prélevé sur le réseau peut atteindre une intensité supérieure à 100 Ampères. Les bobines L présentent un coefficient de self-induction de 70 H, par exemple.

Le courant de fuite, avec des condensateurs de 30 pu, peut atteindre plusieurs ampères, ce qui représente un courant de fuite très important. Par ailleurs, comme représenté sur la figure 1, entre les points de liaison d'une bobine L et d'un condensateur "C", dont le point froid est relié à la terre T,il est connu de brancher un condensateur "c" relié à la masse, de faible valeur constituant un by-pass. Le rôle des condensateurs "c" est de dériver à la terre les courants d'une fréquence supérieure à quelques mégahertz, courants qui ne peuvent être dérivés par les condensateurs C en raison de l'impédance élevée des connexions pour lesdites fréquences.

Ces connexions sont en effet, de dimensions importantes, en raison de la capacité des condensateurs C qui ont pour but que de dériver à la terre les courants de fréquences approximativement comprises entre 14 et plusieurs centaines de kHz. Mais comme indiqué ci-dessus, ces condensateurs dérivent également une partie notable du courant secteur vers la terre.

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, de réduire, voire de supprimer, les courants de fuite par un circuit de filtrage approprié. Elle permet de laisser passer le courant à fréquence nominale, par exemple de 220 Volts à 50 Hertz, et d'éliminer les signaux à fréquence HF, par exemple à partir de 14 kHz dans un rapport d'atténuation identique à celui des condensateurs C représentés sur la figure.1.

Selon la présente invention, le dispositif de réduction des courants de fuite dans une cellule de filtrage, comprenant des bobines connectées en série sur une phase et des condensateurs de découplage connectés entre la phase et la terre, est caractérisé en ce que tous les condensateurs sont reliés en un point commun, une bobine étant branchée en parallèle entre la phase et ledit point commun.

Ainsi, la bobine va fournir au point commun un courant s'opposant au courant passant à travers les condensateurs, de sorte que la fuite vers la terre soit, sinon totalement annulée, au moins très fortement diminuée. Primitivement, chaque cellule de filtrage était reliée à la terre, de sorte que le courant de fuite d'une installation était la somme des courants de fuite des différents appareils.

Conformément à la présente invention, il est possible de prévoir la valeur de ces courants de fuite et de les corriger par une bobine de valeur appropriée.

Mais, cette correction ne vaut que dans la mesure où il est possible de réaliser une bobine de très haute qualité et dont les caractéristiques soient parfaitement définies. Aussi, selon une autre caractéristique de l'invention, la valeur de la self est ajustable.

Bien que, en cours de fonctionnement, les courants de fuite, grâce à ce montage, soient annulés ou fortement réduits, il se pose des problèmes au démarrage lors du branchement du circuit, ou lors de la mise en route des différents appareils de l'installation. Aussi, selon une autre caractéristique de l'invention, une résistance de démarrage est branchée entre le point commun à tous les condensateurs et la terre.

Parallèlement à cette résistance, est monté un relais de démarrage qui shunte la résistance de démarrage lorsqu'un régime permanent est établi.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins qui représentent - la figure 1, comme indiqué précédemment, une cellule de
filtrage de l'art antérieur - la figure 2, un premier schéma d'un circuit selon l'invention - la figure 3, un schéma du même circuit avec inclusion d'une
résistance et d'un relais de démarrage - la figure 4, une vue du même circuit, incluant un circuit
oscillant d'entretien - la figure 5, un schéma du procédé de fabrication de la
bobine.

Sur la figure 2, on n'a représenté que les éléments Jouant un rôle significatif pour les parasites à basse et moyenne fréquence. On retrouve sur cette figure les bobines L montées en série, et les condensateurs C. Les condensateurs de by-pass "c" n'intervenant que sur les hautes et très hautes fréquences, n'ont pas été représentés, étant donné que leur impédance à 50 Hertz est négligeable.

Conformément à l'invention, les armatures de même nature des condensateurs C sont toutes connectées à un point commun 11.

Etant donné que les condensateurs C sont de forte valeur, leurs connexions sont grosses et par suite, le branchement ne pose pas de problème. Toujours conformément à l'invention, une bobine 10 de très haute qualité est connectée entre la phase P et la terre T. Comme indiqué precédemment, cette bobine délivre à sa sortie un courant qui est en opposition de phase avec le courant délivré par les capacités C, de sorte qu'à tout moment le courant circulant à travers la bobine 10 et le courant circulant à travers les condensateurs C s'annulent, ou au moins, ne présentent qu'une résultante de valeur très faible. En effet, la valeur de la bobine L est calculée pour compenser la résultante des courants délivrés par les condensateurs C.

Le dispositif qui vient d'être décrit est bien entendu adaptable sur les filtres existants et permet d'éliminer les courants de fuite vers la terre auprès d'un branchement très simple. Il suffit simplement de ramener sur le filtre la connexion qui, auparavant, était reliée directement à la terre. Le filtre peut ainsi se présenter sous la forme d'une boite à trois bornes.

Mais, dans ce dispositif ce qui est important est la valeur de la bobine, or il est apparu qu'il était très difficile d'obtenir des caractéristiques reproductibles sur de tels composants.

Aussi, selon une autre caractéristique de l'invention, on ajuste avant son montage la valeur de la bobine. Le procédé d'ajustement de cette valeur est schématiquement représenté sur la figure 5. La bobine 10 comprend un noyau torique 15 présentant un entrefer dans lequel on introduit une pièce 16 en matière isolante et, par exemple, en matière plastique moulée dure. Comme représenté sur la figure, il est possible par exemple en sciant la pièce 16, de créer un entrefer déterminé sous la forme d'une fente de profondeur variable.

Pour ce faire, on connecte le bobinage 17 à une source de courants, par exemple de 220 Volts, et l'on mesure par un appareil 18 le coefficient de self-induction de la bobine.

Tout en mesurant ce coefficient, on procède par sciage par exemple, à la formation d'une fente d'entrefer 19 sur une partie du tore seulement. Le sciage continue Jusqu'à ce que la valeur souhaitée, déterminée par l'appareil de mesure 18, soit obtenue.

Si l'opération n'est pas arrêtée à temps, il est possible d'ajuster la valeur de self en procédant au remplissage de la fente 19 par de la limaille de fer 20, ce qui permet de régler le coefficient L de self-induction.

Toutefois, si le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne d'une manière satisfaisante en régime continu, il peut se poser des problèmes importants lorsque le circuit est raccordé au réseau. En effet, étant donné la réluctance de la self, une partie importante de courant est dérivée vers la terre par les condensateurs. Pour pallier cet inconvénient, il est possible, comme représenté sur la figure 3, de prévoir, entre le point commun 11 des condensateurs et la terre, une résistance de démarrage 12. Cette résistance limite bien entendu les courants de fuite au démarrage et les parasites dus à l'établissement du courant dans les appareils. Mais, pour que les parasites s'écoulent naturellement vers la terre lors du fonctionnement continu, on prévoit de préférence, un relais de démarrage 13, qui est ouvert lors du branchement et se referme dès que le régime permanent est établi.Le relais 13 peut, soit s'ouvrir au démarrage, soit être ouvert au démarrage et il est alimenté par le secteur. La résistance 12 est nécessaire si l'on veut dans tous les cas limiter l'appel du courant au démarrage. Pour des raisons de sécurité, le relais R doit rester fermé, dès qu'il existe une tension contre les deux phases du secteur. Ce relais 13 peut être temporisé.

La figure 4 représente toujours le même circuit de filtrage et ne se différencie de celui de la figure 3 que par la présence d'un circuit oscillant 14 alimenté par le secteur, et que par la présence d'une boucle d'induction 16. Le circuit 14 peut être par exemple du type décrit dans le brevet nO 88 07204 et a pour but de fournir à la bobine une puissance de quelques
Watts permettant de supprimer totalement le courant de fuite en 50 Hertz, en compensant les pertes dues à la présence de la bobine.

La boucle d'induction 16 permet de contrôler le passage ou non d'un courant entre la résistance 12 et la terre, et cette boucle est reliée à un disjoncteur ou à tout autre dispositif de sécurité permettant de couper le courant lorsque des fuites anormales se produisent par cette liaison. La sécurité du personnel est ainsi parfaitement assurée.

I1 va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de réduction des courants de fuite dans un

circuit de filtrage comprenant des bobines connectées en

série sur une phase, et des condensateurs de découplage

connectés entre la phase et la terre, caractérisé en ce que

les armatures de même nature des condensateurs (C) sont

reliées en un point commun (11), une bobine (10) étant

montée en parallèle entre la phase et le point commun (11).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que

la valeur de self-induction de la bobine (10) est

ajustable.

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2,

caractérisé en ce qu'une résistance de démarrage (12) est

branchée entre le point commun (11) et la terre, un relais

de démarrage (13) étant branché en parallèle sur la

résistance (12).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que la sortie d'un circuit

oscillant (14) est connectée en un point médian de la

bobine (10).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé en ce que une boucle

d'induction (16) permet de contrôler le courant de fuite,

la boucle (16) étant reliée à un circuit de sécurité.

6. Procédé d'ajustement de la valeur d'une self selon la

revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à

prévoir, dans un noyau torique, un entrefer rempli par une

pièce (16) en matière isolante, et à scier la pièce en

plastique alors que le courant passe à l'intérieur du

bobinage (17), la valeur du coefficient de self-induction

étant mesurée par un appareil (18).