FR2772524A1 - Dispositif de protection contre des surintensites, notamment pour la protection rearmable d'un interrupteur controle - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de protection contre des surintensités survenant dans un circuit électrique entre une source de tension (2) et une charge (3) montée en aval dudit dispositif, comporte un premier moyen de déclenchement (7) possédant une forte sensibilité en courant et adapté à déclencher rapidement, mais réversiblement, en cas de surintensité dans le circuit, et un second moyen de déclenchement (8), monté en parallèle avec le premier, apte, d'une part, à supporter une tension temporaire supérieure à la tension du réseau, lors du déclenchement du premier moyen (7), et, d'autre part, à déclencher rapidement après celui-ci, de façon réversible. Les moyens de déclenchement sont préférentiellement des composants polymères conducteurs chargés. L'invention vise également un interrupteur (1) à triac (4) comportant un tel dispositif de protection monté en amont du triac (4) et un troisième composant (9) monté sur la gâchette (6) du triac (4).
Description
"Dispositif de protection contre des surintensités, notamment pour la protection
réarmable d'un interrupteur contrôlé."
L'invention conceme un dispositif réanimable de protection de circuit électrique contre d'éventuelles surintensités. Elle conceme plus particulièrement un interrupteur électrique auto-protégé réarmable pour réseau électrique basse tension.
réarmable d'un interrupteur contrôlé."
L'invention conceme un dispositif réanimable de protection de circuit électrique contre d'éventuelles surintensités. Elle conceme plus particulièrement un interrupteur électrique auto-protégé réarmable pour réseau électrique basse tension.
La protection des appareils électriques courants tels que moteurs, transformateurs, batteries, appareils électroménagers et circuits électroniques, peut s'effectuer grâce à des matériaux à résistance électrique non linéaire du type oxyde de zinc pour les surtensions. En ce qui conceme la protection aux surintensités, elle est classiquement assurée par des fusibles, de façon non réversible, le fusible devant être changé après utilisation, ou peut être effectuée par des dispositifs mécaniques tels que disjoncteurs réarmables.
L'invention a pour objet principal un nouveau dispositif de protection contre les surintensités dans un circuit électrique. Selon un second but de l'invention, le dispositif redevient automatiquement conducteur après disparition de la surintensité. Une grande simplicité du montage et un coût de fabrication réduit constituent un troisième objectif de l'invention.
L'invention propose à cet effet un dispositif de protection contre des surintensités survenant dans un circuit électrique entre une source de tension et une charge montée en aval du dispositif de protection, comportant un moyen possédant une forte sensibilité en courant adapté à déclencher (c'est à dire à passer d'un état conducteur à un état quasiment non conducteur) rapidement, mais réversiblement, en cas de surintensité dans le circuit, et un second moyen, monté en parallèle avec le premier, adapté, d'une part, à supporter une tension temporaire supérieure à la tension du réseau lors du déclenchement du premier moyen, et, d'autre part, à déclencher rapidement après celuici, de façon réversible.
II est clair que cette disposition permet de séparer les contraintes de déclenchement rapide en présence d'une surintensité, d'une part, et de transfert de tension correspondant au courant secteur, soit 230 V, d'autre part, en utilisant deux composants distincts, montés en parallèle et travaillant l'un après l'autre en cas de déclenchement dû à une surintensité.
La réversibilité des déclenchements est naturellement une nécessité si on souhaite que le dispositif de protection soit réarmable.
Les moyens de déclenchement sont préférentiellement des résistances dont la résistivité augmente de plusieurs ordres de grandeur avec la température, de façon réversible, et le premier composant présente une résistance à l'état conducteur très faible, devant la résistance à l'état conducteur du second composant.
Plus précisément encore, les moyens de déclenchement sont des groupes de composants polymères conducteurs chargés de type CTP (à coefficient de température positif).
Ces composants du commerce, disponibles à bon marché de façon courante, ont effectivement une résistance qui varie de plusieurs ordres de grandeur lorsque la tempérnture inteme du composant augmente de quelques dizaines de degrés, et sont donc utilisables dans un tel montage. Leur utilisation autorise la fabrication de dispositifs économiques de protection contre les surintensités.
On constate par ailleurs que le réamorçage du dispositif de protection est alors automatique. En effet, dès que la température des composants polymères redescend à la température ambiante normale, ils redeviennent conducteurs et le circuit est rétabli.
L'invention vise également un interrupteur électronique comportant un triac, comportant un dispositif de protection selon l'exposé précédent, monté en série en amont du triac.
Un tel interrupteur est protégé contre les surintensités, en ne laissant subsister qu'un courant de quelques milliampéres, après déclenchement des deux composants polymères à résistance variable. II peut alors être souhaitable, par raison de sécurité, et pour permettre le refroidissement des composants polymères, de supprimer totalement ce courant résiduel dans le circuit.
A cet effet, un troisième composant polymère conducteur de type CTP est alors préférentiellement monté entre la gâchette du triac et la source de tension, ce troisième composant présentant une résistance à l'état conducteur importante, relativement à la résistance à l'état conducteur du premier composant.
Selon diverses dispositions éventuellement utilisées conjointement :
- la résistance à l'état conducteur du premier composant est d'environ 200 milli-Ohm, et la résistance à l'état conducteur du second composant est d'environ 10 Ohms;
- le premier composant a un courant de maintien de quelques ampères à 20 C ;
- le second composant a un courant de maintien d'environ 0,1 ampères à 20"C.
- la résistance à l'état conducteur du premier composant est d'environ 200 milli-Ohm, et la résistance à l'état conducteur du second composant est d'environ 10 Ohms;
- le premier composant a un courant de maintien de quelques ampères à 20 C ;
- le second composant a un courant de maintien d'environ 0,1 ampères à 20"C.
Ces dispositions sont favorables à la fabrication d'un dispositif de protection en courant pour un interrupteur classique, avec des composants disponibles dans le commerce de façon courante dans ce domaine, et donc bon marché.
La description et le dessin d'un mode préféré de réalisation de l'invention, donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. II est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins:
- la figure 1 est un schéma du montage électrique d'un interrupteur électronique auto-protegé selon l'invention.
- la figure 1 est un schéma du montage électrique d'un interrupteur électronique auto-protegé selon l'invention.
Rappelons d'abord que les composants polymères conducteurs chargés sont des composants de nature connue, commercialisés couramment. Ces éléments à coefficient de température positif (CTP) ont pour caractéristique de voir leur résistivité augmenter très significativement avec la température (phénomène nommé "basculement " ou "déclenchement" du composant), avec une variation très brutale (de trois à quatre ordres de grandeur) lorsque un seuil dit de percolation est atteint, correspondant à une température critique.
Ce seuil de percolation est défini par un courant dit de maintien, qui est le courant en dessous duquel le composant ne bascule jamais, et un courant dit de basculement, qui est le courant au dessus duquel le composant bascule toujours.
Ces deux valeurs de courant sont fonction de la température. Les composants polymères sont fournis avec, entre autres, les valeurs caractérisant leur courant de maintien et de basculement à 20"C, les courbes d'évolution de ces courants selon la température, et leur temps de basculement en fonction du courant passant dans le composant.
Le composant polymère passe donc, au dessus du seuil de percolation, à l'état non conducteur, et la tension à ses bomes avoisine alors la tension appliquée au circuit tandis que le courant est limité à quelques milli-ampères. Le composant polymère demeure quasiment non conducteur jusqu'à ce que sa température baisse sous l'effet de la disparition du courant. II revient alors à l'état conducteur.
Le montage électronique d'un interrupteur électronique auto-protégé 1 (cas de la protection en surintensité d'un interrupteur à triac), conforme à une réalisation de l'invention, ne comporte que peu de composants, comme on peut le voir sur la figure 1. Cet interrupteur électronique auto-protégé I est basé sur la modification d'une cellule de commutation pour circuit 230 V altematif. Celle-ci est montée entre une source de tension 2 et une charge 3 à contrôler et protéger, et comporte de façon connue un triac 4, par exemple de type 12A classique, et un interrupteur manuel 5, piloté par l'utilisateur, et monté en amont de la gâchette 6 dutriac.
Dans la mise en oeuvre préférée du dispositif selon l'invention, un premier composant polymère 7, par exemple un composant connu sous le nom commercial zPolyswitchz du fabricant Raychem, de type RXE 110, dont la résistance à l'état conducteur est de 200 milli-Dhms, le courant de maintien est de 1,1 A à 20"C et le courant de basculement de 2.2 A à 20 C, est monté en amont du triac 4. Ce composant supporte une tension limite de 60V.
Dans le but de reprendre la tension de 230 V apparaissant aux bomes du premier composant polymère 7 à forte sensibilité en courant lorsqu'vil devient résistant, un second composant polymère 8 est monté en parallèle. II est choisi également dans la famille connue sous le nom commercial "Polyswitch", de type
PSR 20963. Sa résistance à l'état conducteur est de 13 à 26 Ohms, son courant de maintien de 110 mA à 20"C et son courant de basculement de 165 mA à 20 C.
PSR 20963. Sa résistance à l'état conducteur est de 13 à 26 Ohms, son courant de maintien de 110 mA à 20"C et son courant de basculement de 165 mA à 20 C.
Ce composant supporte une tension limite de 250 V.
Enfin, un troisième composant polymère 9 est monté en amont de l'interrupteur manuel 5, et de la gâchette 6 du triac 4. 11 est de type "polyswitch
PSR 21017, avec une résistance à l'état conducteur de 27 à 56 ohms, un courant de maintien de 69 mA à 20"C et un courant de basculement de 110 mA à 20"C.
PSR 21017, avec une résistance à l'état conducteur de 27 à 56 ohms, un courant de maintien de 69 mA à 20"C et un courant de basculement de 110 mA à 20"C.
Ce composant supporte une tension limite de 300 V.
Ces composants sont inclus dans un boîtier de type interrupteur de nature classique, non représenté sur la figure, encastré dans un mur par exemple.
En cours d'utilisation, en régime d'intensité normale, avec par exemple un courant de 4 A circulant dans la charge sous 230 V (correspondant à une consommation de 900 W de la charge), le premier composant polymère 7 de résistance faible (200 milli-ohms), ne perturbe pas le fonctionnement du triac, et n'est pas source de dissipation thermique importante (0,8 W dans notre exemple).
Le troisième composant polymère conducteur 9 monté sur la gâchette du triac 4 possède une très faible résistance ne perturbant pas le fonctionnement du triac, et permettant d'obtenir un angle d'ouverture très faible (inférieur à 1"), qui est indispensable pour être en conformité avec la norme EN 55022 sur les perturbations électromagnétiques induites.
En régime de surintensité dans le circuit, par exemple avec un courant de défaut de quelques ampères au delà du courant normal, le courant passant dans le premier composant polymère 7 provoque une brusque augmentation de température de ce composant, qui amène son basculement avec une augmentation de sa résistance de plusieurs ordres de grandeur. Ici, la température passe à 80"C en quelques secondes, avec une résistance passant simultanément à environ 1000 Q. Le premier composant polymère 7 devient donc quasiment non conducteur, et la tension entre ses bomes monte à 230 V. Le courant passe alors dans le second composant polymère 8.
Le second composant polymère 8, monté en parallèle avec ce premier composant polymère 7, est choisi de manière à ne basculer qu'après le basculement de ce premier composant polymère 7, et le plus rapidement possible. Sa résistance de 13 à 26 Q l'amène à chauffer très rapidement sur un faible courant après le basculement du premier composant polymère 7, et donc à basculer également. Ce second composant polymère 8 est par contre choisi dans une gamme qui supporte des tensions allant jusqu'à 250 V, et est donc adapté à reprendre le transfert de tension, que ne supporterait pas seul le premier composant polymère 7 en ligne, qui deviendrait non réutilisable, après une surintensité, s'il était utilisé seul dans ce montage. On comprend que le second composant polymère 8 a pour atout de supporter des tensions supérieures à celle du réseau basse tension classique, mais il possède une résistance trop élevée pour être mise en série seule avec le triac, pour des raisons de dissipation thermique trop élevée. De plus, ce type de polymère est commercialisé pour des valeurs faibles de courants nominaux.
On a donc alors un montage supportant le transfert de tension lors du décienchement du système de protection.
Cependant, la limitation en courant réalisée par les premier et second composants polymères 7, 8 montés en parallèle est insuffisante pour provoquer le désamorçage du triac 4, ceci étant dû à un effet de chauffe de celui-ci, même si le courant résiduel de quelques mllli-ampéres est inférieur à son courant de maintien (courant en deçà à duquel il se désamorce normalement).
La mise en place dans le montage du troisième composant polymère 9 monté en amont de la gâchette 6 du triac 4 a pour but de pallier cet inconvénient.
En effet, lorsque les premier et second composants polymère 7, 8 ont basculé, il se produit un transfert de courant vers la gâchette 6 du triac 4. Le courant fait basculer le troisième composant polymère 9, qui devient à son tour non conducteur au bout d'un délai de montée en température et d'accroissement de sa résistance. Ceci désamorce le triac 4. Ce basculement du troisième composant polymère 9 doit être le plus rapide possible, afin de désamorcer le triac 4 et de permettre de transférer aux bomes dudit triac 4 la tension du secteur présente partiellement aux bomes des second et troisième composants polymère 8, 9.
Lorsque le défaut en courant disparaît, les premier, second et troisième composants polymère 7, 8, 9 voient leur température baisser, et redeviennent alors conducteurs. Le dispositif est donc automatiquement réarmé au bout du délai de refroidissement des composants polymère 7, 8, 9. Le circuit est alors à nouveau en état de fonctionnement.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art.
Claims (8)
1. Dispositif de protection contre des surintensités survenant dans un circuit électrique entre une source de tension (2) et une charge (3) montée en aval dudit dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen de déclenchement (7) possédant une forte sensibilité en courant et adapté à déclencher (c'est à dire à passer d'un état conducteur à un état quasiment non conducteur) rapidement, mais réversiblement, en cas de surintensité dans le circuit, et un second moyen de déclenchement (8), monté en parallèle avec le premier, apte, d'une part, à supporter une tension temporaire supérieure à la tension du réseau, lors du déclenchement du premier moyen (7), et, d'autre part, à déclencher rapidement après celui-ci, de façon réversible.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement (7, 8) sont des composants dont la résistivité augmente de plusieurs ordres de grandeur avec la température, de façon réversible, et en ce que le premier composant (7) présente une résistance à l'état conducteur très faible, devant la résistance à l'état conducteur du second composant.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de déclenchement (7, 8) sont des groupes de composants polymères chargés de type CTP < à coefficient de température positif).
4. Interrupteur électronique (1) comportant un triac (4), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de protection selon la revendication 3 monté en série en amont du triac (4).
5. Interrupteur (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte également un troisième composant polymère (9) de type CTP monté entre la gâchette (6) du triac (4) et une source de tension (2), ce troisième composant polymère (9) présentant une résistance à l'état conducteur importante, relativement à la résistance à l'état conducteur du premier composant polymère (7).
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance à l'état conducteur du premier composant polymère (7) est d'environ 200 milli-Ohm, et en ce que la résistance à l'état conducteur du second composant polymère (8) est d'environ 1 3 à 26 Ohms.
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier composant polymère (7) a un courant de maintien de quelques ampères à 200C.
8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second composant polymère (8) a un courant de maintien d'environ 0,1 ampères à 200C.
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