FR2773921A1

FR2773921A1 - Interrupteur de protection contre les courants de fuite

Info

Publication number: FR2773921A1
Application number: FR9800422A
Authority: FR
Inventors: Arthur Ronisch
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-23
Anticipated expiration: 2018-01-16
Also published as: US6002565A; DE19636975A1; FR2773921B1

Abstract

Il comprend un transformateur à sommation de courant dont le bobinage secondaire est relié à un circuit de contrôle, avec un organe électromagnétique de commutation pour la coupure du circuit électrique à surveiller. Un deuxième interrupteur (S2) est monté en parallèle à un premier interrupteur (S1), ce deuxième interrupteur étant actionné depuis le circuit de contrôle (P) par un deuxième signal de commande dérivé du premier signal de commande pour le premier interrupteur.Application à un interrupteur de courant de fuite à grande fiabilité et peu sensible à l'usure.

Description

INTERRUPTEUR DE PROTECTION
CONTRE LES COURANTS DE FUITE
L'invention concerne un interrupteur de protection contre les courants de fuite ou de défaut comprenant un transformateur à sommation de courant, dont le circuit de courant primaire se compose de conducteurs d'aller et de retour du circuit électrique à surveiller, et dont le bobinage secondaire est relié à un circuit de contrôle, avec un organe électromagnétique de commutation pour la coupure du circuit électrique à surveiller en cas d'apparition d'un courant de fuite, le courant de travail de l'organe de commutation étant susceptible d'être établi par un interrupteur, qui est actionné à cet effet depuis le circuit de contrôle par un signal de commande et qui est muni d'une alimentation en énergie pour le circuit de contrôle et pour
l'interrupteur.

Un tel interrupteur de protection contre les courants de fuite est connu de DE
A-35 37 140 et des interrupteurs de protection contre les courants de fuite sont en outre également connus de DE-A-4 343 560 ou 4 340 737. Les interrupteurs de protection contre les courants de fuite ou de défaut sont utilisés dans les installations électriques pour la surveillance de l'isolation, pour la protection contre le risque d'incendie par les courants de fuite à la terre et pour la protection des personnes contre l'électrocution. Sous le terme de "courants de fuite", on doit comprendre un courant électrique qui, par suite d'un défaut d'isolation, s'écoule par un cheminement intempestif à la terre. La valeur d'un tel courant de fuite s'obtient en faisant pour cela la différence des valeurs des courants s'écoulant dans l'installation par les conducteurs d'aller et de retour réguliers et du courant s'écoulant hors de l'installation. Si la diftbrence entre les deux courants d'aller et de retour n'est pas nulle, il s'écoule un courant de fuite par un cheminement non régulier. L'interrupteur de protection contre les courants de fuite ou de défaut a pour fonction d'isoler complètement de l'alimentation électrique la partie d'installation à surveiller, lorsque le courant de fuite dépasse une valeur prédéterminée. Pour ce qui concerne les caractéristiques supplémentaires d'un interrupteur de courant de fuite du genre cidessus, on pourra se référer aux modes de réalisation décrits dans DE-A-35 37 140, où il est prévu un circuit de contrôle auquel est relié le circuit secondaire d'un transformateur à sommation de courant. Le circuit primaire du transformateur à sommation de courant est constitué par les conducteurs d'aller et de retour, de telle façon que soit induit dans le bobinage secondaire un courant de sommation, qui correspond au courant différentiel entre les courants des conducteurs d'aller et de retour. Le circuit de contrôle agit sur un électro-aimant à armature mobile (aimant à palette) par l'intermédiaire d'un commutateur ou interrupteur qui, dans l'interrupteur de courant de fuite connu, est réalisé sous la orme d'ull traisistor. Dans l'état de li, technique, l'aimant à armature mobile est alimenté en permanence en coulun. de façon à fonctionner selon le principe du courant de repos. En cas d'apparition d'lit courant de fuite, I'alimentation de l'aimant à armature mobile s'interrompt. 1 e dispositif électro-magnétique de commutation passe alors à l'état ouvert et coupe le circuit électrique à surveiller. Le circuit de contrôle et l'interrupteur sont alimentés en courant par une alimentation en énergie commune. L'énergie électrique est prise directement sur le circuit électrique à surveiller.

L'invention se propose de réaliser un interrupteur de courant de fuite qui. d'une part, ne soit pas sensible à l'usure et qui, d'autre part, soit plus sûr en fonctionnement.

Selon l'invention, est prévu un deuxième interrupteur monté en parallèle au premier interrupteur et qui est également destiné à établir le circuit d'un courant dc travail de l'organe de commutation, lequel deuxième interrupteur est actionné depuis le circuit de contrôle par un deuxième signal de commande dérivé du premier signal de commande. Les deux interrupteurs sont ainsi actionnés depuis le circuit de contrôle, chacun par un signal de commande différent. Les deux interrupteul-s agissent sur l'organe électronique de commutation. Il suffit que l'un des deux interrupteurs commute, pour que l'organe électronique de commutation soit amené en position ouverte ou non passante, de telle sorte que le circuit électrique à surveiller soit coupé ou interrompu.

Si l'un des deux interrupteurs est branché en inverseur par rapport à l'autre. le circuit de contrôle doit délivrer deux signaux de commande sensiblement complémentaires, respectivement pour actionner ou ne pas actionner l'interrupteur.

Le deuxième interrupteur inversé et se fermant en particulier en cas de défaillance du premier, est de préférence muni d'une alimentation électrique séparée. La redondance élevée selon l'invention garantit ainsi que l'interrupteur de courant de fuite ne sera défaillant que s'il se produisait une double défaillance très improbable et elle apporte ainsi une très grande sécurité de fonctionnement.

De préférence, l'organe électro-magnétique de commutation est fermé dans le cas où le courant de travail est défaillant. Le circuit préféré fonctionne selon le principe du courant de travail. Le bobinage de l'électro-aimant à armature mobile n'est alimenté en courant que lorsqu'un courant de fuite apparaît. Du fait de la caractéristique de commutation du deuxième interrupteur qui est complémentaire de celle du premier interrupteur et du fait de l'alimentation en courant électrique séparé de ce deuxième interrupteur, une défaillance de la première alimentation électrique ou une défaillance du circuit de contrôle conduit à la fermeture du deuxième interrupteur et à une alimentation en courant électrique du bobinage de l'aimant à armature mobile.

En outre. selon un autre mode de réalisation préféré. L'organe électromagnétique de commutation comporte deux bobinages séparés. Un premier bobinage est alimenté en courant électrique par un premier interrupteur, tandis qu'un deuxième bobinage est alimenté en courant électrique par un deuxième interrupteur. Une telle augmentation supplémentaire de la redondance du dispositif garantit ainsi que, même en cas de rupture du fil de l'un des bobinages de l'aimant à armature mobile, la sécurité de fonctionnement requise de l'ensemble du dispositif ne sera pas influencée défavorablement.

Le circuit de contrôle est constitué de préférence sous la forme d'un microprocesseur. Dans ce micro-processeur, peut se dérouler un programme qui peut également utiliser d'autres données de surveillance. On peut par exemple prévoir un deuxième bobinage secondaire du transformateur à sommation de courant, lequel bobinage est parcouru par des signaux de test ou d'essai émis par le circuit de contrôle. Ces signaux de test sont ensuite transmis en retour depuis le premier bobinage secondaire du transformateur à sommation de courant, au circuit de contrôle où ils sont évalués. Grâce à l'émission régulière de signaux de test, on peut contrôler en continu l'aptitude à fonctionner du transformateur à sommation de courant. Si l'on repère une défaillance, soit cette défaillance est indiquée, soit on déclenche la fonction de protection contre les courants de fuite.

On peut en outre prévoir que le deuxième interrupteur est maintenu par une tension négative dans sa position d'ouverture et se ferme en cas de disparition de cette tension. La tension négative est de préférence dynamique, c'est-à-dire de forme pulsatoire. Le deuxième interrupteur peut à cet effet comporter un condensateur, qui se trouve chargé négativement par les impulsions qui lui sont transmises. Si les impulsions s'interrompent, le condensateur se décharge par un circuit de décharge, par exemple via une diode, jusqu'à ce que le deuxième interrupteur s ouvre. Le courant d'ouverture est ainsi fourni par la deuxième alimentation séparée en énergie.

La réalisation du circuit de contrôle sous la forme d'un microprocesseur présente en outre l'avantage de permettre d'observer diverses données de contrôle, par l'intermédiaire des diverses entrées à très grande impédance du microprocesseur. Il est ainsi prévu de réaliser une entrée à grande impédance du microprocesseur, le cas échéant par l'intermédiaire de résistance prépositionnée, pour chacun des bobinages de l'aimant à armature mobile, de façon à permettre de surveiller en permanence, en ce qui concerne la rupture des fils d'alimentation, ce bobinage par l'intermédiaire du circuit de contrôle.

De façon avantageuse, le microprocesseur comporte une autre sortie (mal-cluéc
EXT sur la figure 1) par l'intermédiaire de laquelle il peut être relié à un bus extérieur ou similaire. Le signal émis par le bobinage secondaire du transformateur à sommation de courant, est transmis via un amplificateur à une entrée analogique Ç microprocesseur. L'amplificateur peut également être intégré au microprocesseur.

Dans un autre mode de réalisation préféré, L'organe de commutation électromagnétique comporte sa propre alimentation en énergie qui constitue une troisiènae alimentation électrique pour l'alimentation en énergie de l'électro-aimant à armature mobile. Dans ce cas, on prend le courant d'alimentation sur le réseau électrique qui est raccordé au circuit électrique à surveiller. La tension du réseau est de préférence réduite par l'intermédiaire de résistances. Dans l'interrupteur de protection contre les courants de faîte, les interrupteurs d'alimentation de l'électro-aimant à armature mobile peuvent être constitués par des thyristors et, à l'apparition d'un courant de faite, les deux bobinages de l'électro-aimant à armature mobile sont alimentés e courant électrique.

D'autres avantages, buts et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 représente un schéma à blocs d'un interrupteur de protection contl-e
les courants de fuite selon l'invention, et - la figure 2 est un exemple de circuit pour un interrupteur de protection contre
les courants de fuite selon l'invention.

L'interrupteur de protection contre les courants de fuite représenté schématiquement à la figure 1 comporte un circuit de contrôle P, qui est réalisé sous la forme d'un microprocesseur. Sur la figure 2, on a représenté comment un microprocesseur de ce type est alimenté en courant électrique, ou comment sont disposées les connections du microprocesseur. Le dispositif complet de protection contre les courants de fuite comporte en outre un transformateur à sommation de courant W, avec un bobinage primaire 1 et deux bobinages secondaires 2, . 3. lac bobinage primaire 1 se compose pour l'essentiel des conducteurs d'aller et de retour qui traversent le noyau annulaire magnétique ou similaire du circuit électrique l N à surveiller. Le premier bobinage secondaire 2 est relié par un amplificateur V à l'entrée du microprocesseur. Dans le schéma à blocs selon la figure 1, L'entrée est désignée par E. L'amplificateur V est intégré dans le microprocesseur P.

Depuis le microprocesseur B, on envoie via la sortie S, par exemple via la résistance R4, des impulsions de contrôle, qui simulent un courant de fuite ou de défaut. Ces signaux de contrôle sont transmis du deuxième bobinage secondaire 3 au premier bobinage secondaire 2 et sont reçus à l'entrée E du microprocesseur. A partir d'une corrélation temporelle par rapport à l'émetteur S, le microprocesseur reconnaît si, parmi les signaux reçus. il s'agit de signaux d'essai ou de test, ou bien s'il s'agit pour ces signaux de vrais signaux de courant de fuite.

La sortie des signaux S est formée sur le circuit selon la figure 2 par la broche
13. L'entrée E est formée par les broches 8 à 10. Un organe RC, constitué des condensateurs C3 et C10 et de la résistance R8, alimente le microprocesseur via les broches 6 et 7 avec un signal d'horloge.

Par l'intermédiaire de l'alimentation en énergie EV 1, le microprocesseur P est alimenté en tension. Dans l'exemple de mode de réalisation selon la figure 2. la première alimentation en énergie, désignée par Q est constituée par une tension constante, qui est reliée par des résistances au circuit électrique à surveiller. Via cette alimentation en énergie électrique EV I, est également alimenté en courant un interrupteur S1. Cet interrupteur Si est constitué par le thyristor T2. Le thyristor T2 est raccordé par sa porte aux broches 1, 2, 3 du microprocesseur. Dans le schéma à blocs selon la figure 1, la sortie correspondante du microprocesseur est désignée par Al. La sortie de l'interrupteur S2 est reliée au bobinage L1 d'un électro-aimant à armature mobile. L'aimant à armature mobile lui-même est alimenté en courant électrique par une alimentation en énergie EV3. Dans l'exemple de mode de réalisation selon la figure 2, cette troisième alimentation en énergie est réalisée par l'intermédiaire de la résistance R11, qui est reliée directement au circuit électrique à surveiller.

Le microprocesseur P comporte un deuxième sortie A2, d'où sort un signal qui est sensiblement inverse du signal de la première sortie Ai. Dans l'exemple de mode de réalisation, il s'agit d'impulsions. Ces impulsions sont conduites à un interrupteur
S2 qui, dans l'exemple de mode de réalisation, est constitué par un transistor T1. La sortie A2 est formée par la broche 4 du microprocesseur. Les impulsions partant de la broche 4 parviennent, via un condensateur C6, à un circuit de diode D6a, D6b. à l'aide duquel est généré, à partir du signal pulsant, un courant négatif qui vient charger le condensateur C7. En même temps, le condensateur C7 est chargé par un courant positif. Ce courant positif est formé à partir du circuit électrique à surveiller. via la diode D8 et les résistances R13 et R12. A l'état stable, on obtient un équilibre des courants, de telle sorte que la tension en C7 soit sensiblement inférieure à la tension d'allumage ou de commutation du transistor T1, qui peut, le cas échéant, être remplacé par un thyristor. En cas de disparition de l'impulsion, il n'y a plus de courant négatif, et l'équilibre en courant est interrompu, le transistor ou le thyristor T 1 devient passant, de telle sorte que du courant peut s'écouler par le deuxième bobinage L2 de I'électro-aimant à armature mobile. L'interrupteur S2 comporte sa propre alimentation en énergie EV2. qui est constituée par les résistances R13 et 1419 2 en liaison avec la diode 8.

Grâce au fait que la diode D7 est montée en parallèle au condensateur C7, ce dernier est protégé, au cours de l'apparition des signaux de commande, contre une charge de polarité opposée trop élevée, ce qui permet d'utiliser des condensateurs électrolytiques.

Les sorties des bobinages L1 et L2, qui sont reliés d'un côté et sont raccordés à la troisième alimentation en énergie EV3, sont reliées de l'autre côté, via les résistances R14, R15 ou R16, R17, aux broches 15, 16 ou 17, 18 du microprocesseur. Sur le schéma à blocs, ceci est représenté par la liaison des bobinages L i, L2 aux entrées de test pl et p2 du microprocesseur. Les entrées de test pl et p2 constituent des entrées à résistance élevée du microprocesseur. Grâce à ces entrées, on peut tester si un faible courant de test ou d'essai peut s'écouler par les bobinages L1, L2. Si ce n'est pas le cas, le microprocesseur détecte une rupture dc lii ou de circuit. il peut alors délivrer par un organe de sortie de signal, par exemple par un additionneur ou par une diode électro-luminescente, un signal correspondant. I I peut également remplir avec l'autre bobinage, une fonction de détection de courant de fuite, pour couper le circuit électrique.

Le fonctionnement de l'interrupteur de protection contre les courants de faite est appliqué dans ce qui suit. Le microprocesseur est alimenté en courant électrique par l'alimentation en énergie EV1. Par l'intermédiaire de l'alimentation en énergie
EV2, apparaît sur le deuxième interrupteur S2 une tension de service. Par la troisième alimentation en énergie EV3, apparaît sur les deux bobinages L1 et L2 de l'électro-aimant à armature mobile, une tension. Les interrupteurs S1 et S2 reliés aux autres extrémités de chacun des bobinages L1 et L2 sont bloqués, c'est-à-dire non passants, à l'état sans défaut (sans courant de fuite), de telle sorte qu'il ne s'écoule aucun courant par les bobinages L1 et L2 et que le circuit électrique à surveiller est fermé. Dans cet état, il n'apparaît à la sortie Al du microprocesseur aucun signai de telle sorte que le transistor ou le thyristor T2 fondant l'interrupteur S1 est bloqué (c'est-à-dire non passant). A la sortie A2 apparaissent des impulsions de tension négatives. qui ont pour conséquence également, le blocage (I'état non passant) de l'interrupteur S2. On peut contrôler par les entrées de test p 1. p2 I'état des bobinages L1 etL2.

Depuis le microprocesseur P, sont adressées selon des intervalles temporels, des impulsions de test ou d'essai à partir de la sortie S, sur le deuxième bobinage primaire du transformateur W à sommation de courant. Ces impulsions sont transmises par le premier bobinage secondaire 2 à une entrée E du microprocesseur qui surveille ainsi en continu l'aptitude à fonctionner de l'électro-aimant à armature mobile et du transformateur à sommation de courant. Si le microprocesseur P détecte un signal de courant de fuite, il apparaît à la sortie Al un signal de commande, de telle sorte que l'interrupteur S1 se ferme et qu'un courant en provenance de l'alimentation en énergie EV3 peut s'écouler à travers le bobinage L1. En même temps, le signal de commande apparaissant à la sortie A2 devient positif ou bien est interrompu, de telle sorte que par l'intermédiaire de l'alimentation en énergie EV2,
I'interrupteur 2 soit également fermé, et que le bobinage L2 soit également parcouru par du courant. Dans ce cas de déclenchement, les transistors ou les thyristors Ti, T2 deviennent passants, de sorte que le courant peut s'écouler par le bobinage L1 et L2.

Ceci a pour conséquence que l'armature de l'aimant à armature mobile est soulevée, de telle sorte que le circuit électrique à surveiller est coupé. L'aimant à armature mobile est monté, en ce qui concerne son alimentation électrique, directement sur les prises de l'alimentation en énergie électrique, de telle sorte que l'alimentation en énergie de l'interrupteur de courant de fuite, soit encore maintenue lorsque cet interrupteur est ouvert. On peut également réaliser l'électro-aimant à armature mobile, de telle façon qu'après un actionnement, il reste en position ouverte et qu'il ne puisse être ramené en position fermée que par un actionnement manuel volontaire.

Le microprocesseur surveille dans le cas normal, le circuit de transformateur à sommation de courant, en émettant les impulsions. L'interrupteur de protection contre les courants de fuite, est sûr en cas de défaillance du réseau. En effet, après une défaillance du réseau, l'interrupteur de protection contre les courants de fuite revient automatiquement à l'état fermé sur le circuit électrique à surveiller. Malgré l'utilisation du principe du courant de travail, on obtient une sécurité de fonctionnement très élevée. Le circuit électrique à surveiller, ne peut être fermé que lorsqu'ont été émis par le circuit d'essai deux signaux de commande différents l'un de l'autre, par exemple une tension nulle et une tension positive ou négative. Un interrupteur peut présenter une caractéristique de commutation d'un appareil de fermeture et l'autre, qui comporte une alimentation en énergie séparée, présente alors la caractéristique de commutation d'un appareil d'ouverture.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'Homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1- Interrupteur de courant de fuite comprenant un transformateur à sommation de courant (W), dont le circuit de courant primaire (1) se compose des conducteurs d'aller et de retour du circuit électrique à surveiller, et dont le bobinage secondaire (2) est relié à un circuit de contrôle (P), avec un organe électromagnétique de commutation (H) pour la coupure du circuit électrique à surveiller en cas d'apparition d'un courant de fuite, le courant de travail de l'organe de commutation (H) étant susceptible d'être établi par un interrupteur (S1), qui est actionné à cet effet depuis le circuit de contrôle (P) par un signal de commande et est muni d'une alimentation en énergie (EV1) pour le circuit de contrôle (P) et pour l'interrupteur (sol), caractérisé par un deuxième interrupteur (S2) monté en parallèle au premier interrupteur (S1), et également destiné à établir le circuit d'un courant de travail de l'organe de commutation (H), lequel deuxième interrupteur (S2) est actionné depuis le circuit de contrôle (P) par un deuxième signal de commande, dérivé du premier signal de commande.

2.- Interrupteur de courant de fuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième interrupteur (S2) présente une caractéristique de commutation complémentaire de celle de premier interrupteur (Si).

3.- Interrupteur de courant de fuite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième interrupteur (S2) se fermant en particulier en cas de défaillance du deuxième signal de commande, comporte sa propre deuxième alimentation en énergie (EV2).

4.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe électromagnétique de commutation (H) est fermé dans le cas où le courant de travail est défaillant.

5.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe électromagnétique de commutation (H) est un aimant à armature mobile à deux bobinages séparés (L1, L2), qui chacun sont susceptibles d'être alimentés en courant de travail par l'un des deux interrupteurs (S1, S2).

6.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de contrôle (P) comporte un microprocesseur.

7.- Interrupteur de courant dc fuite selon l'une des revendications 1 à ().

Laractérisé par une surveillance par transformateur à h sommation de courant à l'aide de signaux de test ou d'essai émis par le circuit de contrôle (P),transmis à un deuxième bobinage secondaire (3).

8.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications I à 7. caractérisé en ce que le deuxième interrupteur (S2) est maintenu par une tension négative dans sa position d'ouverture et se ferme en cas de disparition de cette tension.

Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications l à S. caractérisé en ce que le deuxième interrupteur (S2) comporte un condensateur (C2) à commande dynamique.

10.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 9. caractérisé en ce que les bobinages (L 1, L2) de l'aimant à armature mobile (I-l) sont surveillés, en ce qui concerne la rupture des fils d'alimentation, par un circuit de contrôle.

11.- interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 1 0. caractérisé par un raccordement externe de contrôle ou de test (EXT) du circuit de contrôle (P).

12.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à il caractérisé par un amplificateur (V) intégré au microprocesseur.

13.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications I à 12. caractérisé par une troisième alimentation en énergie (EV3) pour l'alimentation en courant électrique de l'aimant à armature mobile (H).

14.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 1 3. caractérisé en ce que les interrupteurs (S1, S2) sont constitués par des thyristors.

15.- Interrupteur de courant de fuite selon l'une des revendications 1 à 14. caractérisé en ce que, à l'apparition d'un courant de fuite. les deux bobinages (L 1.

L2) de l'aimant à armature mobile (H) sont alimentés en courant électrique.