Titre de l'invention : Appareillage de protection à coupure électronique

[0001 ] La présente invention concerne le domaine des appareillages de protection à coupure électronique.

[0002] Un appareillage de protection à coupure électronique, contrairement à un appareillage de protection à coupure électromécanique, ne peut pas encaisser de fortes valeurs de courants en cas de court-circuit ou onde de choc CEM, le sigle CEM signifiant Compatibilité Électro-Magnétique, sous peine d’endommager l’unité de coupure électronique. Ainsi, le temps de réponse de la détection de court- circuit doit être suffisamment rapide, c’est-à-dire de l’ordre de quelques micro secondes afin d’interrompre le courant à temps. Un tel appareillage de protection à coupure électronique comporte généralement un déclencheur électronique de protection qui comprend habituellement un microcontrôleur pour assurer la coordination des différents éléments, la mesure, la communication, ainsi que la détection de défaut. Il peut donc potentiellement être utilisé aussi pour détecter des défauts transitoires rapides, de type court-circuit ou onde de choc CEM, sous réserve d’être suffisamment puissant et rapide pour effectuer cette tâche.

[0003] Toutefois, sélectionner un microcontrôleur capable de détecter des défauts si rapides augmente fortement le coût de l’appareillage de protection à coupure électronique.

[0004] La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et vise à proposer une solution permettant d’éviter l’usage d’un microcontrôleur pour la détection de défaut de type court-circuit ou onde de choc CEM.

[0005] A cet effet l’invention concerne un appareillage de protection à coupure électronique comprenant au moins :

- au moins une ligne de courant de phase et une ligne de courant de neutre,

- au moins un capteur de courant apte et destiné au moins à mesurer le courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase et à émettre un signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase, - un déclencheur électronique de protection relié électriquement avec ledit capteur de courant et, apte et destiné au moins à traiter ledit signal d’acquisition et le cas échéant à émettre un premier signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde,

- une unité de coupure électronique comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase, caractérisé en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend un déclencheur analogique de protection, configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes de l’unité de coupure électronique, relié à l’unité de coupure électronique, et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes de l’unité de coupure électronique à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, en ce que ladite unité de coupure électronique est apte et destinée au moins à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure, et en ce que ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend en outre une alimentation électrique configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection et le déclencheur analogique de protection.

[0006] 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 :

[0007] [Fig. 1 ] la figure 1 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une première possibilité d’une première variante de réalisation de l’invention, [0008] [Fig. 2] la figure 2 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une deuxième possibilité de la première variante de réalisation de l’invention,

[0009] [Fig. 3] la figure 3 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une première possibilité d’une deuxième variante de réalisation de l’invention,

[0010] [Fig. 4] la figure 4 représente un schéma électrique de l’appareillage de protection à coupure électronique selon une deuxième possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention, et

[0011 ] [Fig. 5] la figure 5 représente une courbe de déclenchement montrant le temps de réponse de l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention en fonction du courant.

[0012] 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 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 circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L,

- 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 premier signal de commande D1 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type surcharge, ledit déclencheur électronique de protection 2 ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde,

- une unité de coupure électronique 3 comprenant au moins un composant électronique de coupure de puissance disposé respectivement sur ladite au moins une ligne de courant de phase L.

[0013] Conformément à l’invention, ledit appareillage de protection à coupure électronique comprend : - un déclencheur analogique de protection 4, configuré pour recevoir un signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3, relié à l’unité de coupure électronique 3, et agencé pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à une valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre un deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut de type onde de choc CEM ou de type court-circuit, ledit déclencheur analogique de protection 4 ayant un temps de réponse compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes, ladite unité de coupure électronique 3 étant apte et destinée au moins à être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure,

- une alimentation électrique 7 configurée pour alimenter le déclencheur électronique de protection 2 et le déclencheur analogique de protection 4.

[0014] Avantageusement, la présente invention permet la mise en oeuvre de deux types de détections de défauts en parallèle dans un même appareillage de protection à coupure électronique. La première détection est analogique grâce au déclencheur analogique de protection 4 et est basée sur la comparaison de la tension du composant électronique de coupure de puissance à une valeur seuil prédéterminée, elle permet de détecter les défauts dans l’installation électrique de type court-circuit ou ondes de choc causées par la foudre, ainsi que de potentiels défauts du composant électronique de coupure par exemple un transistor de puissance. La seconde détection est numérique grâce au déclencheur électronique de protection et permet de détecter des défauts, de type surcharge, en se basant sur la mesure du courant de la ligne de courant de phase L à l’aide du capteur de courant 1. Plus particulièrement, pour éviter d’avoir besoin d’un déclencheur électronique de protection 2 très performant ayant un temps de réponse de l’ordre de la microseconde, l’invention propose d’utiliser la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3. En comparant, cette tension à une valeur seuil prédéterminée, il est donc possible de détecter les défauts de type court-circuit ou ondes de choc CEM. La simplicité de mise en oeuvre rend également la solution d’autant plus performante car rapide, fiable et robuste.

[0015] Plus particulièrement, l’invention propose d’utiliser la chute de la tension du composant électronique de coupure qui est l’image quasi-linéaire du courant Vtransistor = R * I, avec R qui correspond à la résistance du composant électronique de coupure. Sa valeur dépend de la température du composant et du courant qui le parcours. En effet, grâce à cette relation il est possible d’estimer la valeur du courant I dans la ligne de courant de phase L.

[0016] Le déclencheur électronique de protection 2 et le capteur de courant 1 permettent la détection des défauts de type surcharge et réalise une chaine de détection numérique qui peut être paramétrable par l’utilisateur afin de s’adapter au mieux à l’installation électrique. Comme l’illustre la figure 5, le temps de réponse du déclencheur électronique de protection 2 peut être considéré comme lent, puisqu’il est de l’ordre de la dizaine de milliseconde, plus particulièrement compris entre 10 millisecondes et 1 seconde, mais le déclenchement est réalisé avec une bonne précision. On entend par bonne précision un pourcentage d’erreur compris entre 1 pourcent et 5 pourcents. Cette chaine de détection numérique peut aussi être utilisée pour détecter des défauts d’arc électrique. En effet, un algorithme de détection de défaut d’arc électrique pourrait être implémenté dans le déclencheur électronique de protection 2, à condition d’avoir également une mesure de la tension entre la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. Cette chaine de détection numérique ne peut pas être utilisée pour détecter des défauts de type court-circuit ou onde de choc CEM.

[0017] Le déclencheur analogique de protection 4 permet la détection de défaut de type court-circuit ou onde de choc CEM et réalise une chaine de détection analogique, avec un temps de réponse dit rapide de l’ordre de la microseconde, plus particulièrement compris entre 1 microseconde et 10 millisecondes mais avec une précision très faible de l’ordre de 10A, comme l’illustre la figure 5, dû principalement à la non-linéarité de la résistance du composant électronique de coupure R en fonction du courant et de la température.

[0018] La présente invention permet, en plus de réaliser la protection de l’installation, de détecter également une éventuelle défaillance dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité électronique de coupure 3. En effet, une augmentation importante de la résistance du composant électronique de coupure R à l’état passant du composant électronique de coupure est signe de défaut du composant et sera alors détectée.

[0019] La valeur seuil prédéterminée est idéalement réglée proche de la limite acceptable en courant dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance, afin d’assurer sa protection. La limite acceptable en courant correspond à un maximum de courant défini dans les données fournies par le fabricant du composant électronique de coupure de puissance.

[0020] La valeur seuil prédéterminée devra également être préférentiellement suffisamment élevée afin de ne pas générer de déclenchements intempestifs dans l’installation électrique. Autrement dit, la valeur seuil prédéterminée est sélectionnée pour ne pas interférer avec la courbe disjoncteur choisie par l’utilisateur.

[0021 ] L’onde de choc peut être une onde 8/20 microsecondes ou 1 ,2/50 microsecondes.

[0022] Le capteur de courant 1 peut consister en un shunt de mesure ou un enroulement de Rogowski ou un transformateur de courant ou un capteur à effet Hall ou similaire.

[0023] L’alimentation électrique 7 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.

[0024] De préférence, ledit au moins un composant électronique de coupure 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.

[0025] 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 6 décrit ci- après de manière à conduire ou non le courant électrique.

[0026] Le capteur de courant 1 est de préférence un shunt de mesure, situé entre les deux transistors et relié de préférence en série. [0027] De préférence et comme l’illustrent les figures 1 à 4, ledit déclencheur analogique de protection 4 comprend au moins un driver 6, configuré au moins pour piloter ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure électronique 3 et, comprenant au moins une première borne d’entrée 61 reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2 et une borne de sortie 62 reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3.

[0028] Avantageusement, le driver 6 réalise une fonction de pilotage en déclenchement et permet ainsi de piloter ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure électronique 3. En particulier, ledit au moins un composant électronique de coupure de puissance peut être pilotée en déclenchement par ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection et/ou par ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection, de sorte à ouvrir ledit au moins un composant électronique de coupure.

[0029] Selon une première variante de réalisation de l’invention et comme l’illustrent les figures 1 et 2, le driver 6 comprend en outre une deuxième borne d’entrée 63 reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3 et le driver 6 est en outre configuré pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à la valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre ledit deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection.

[0030] Avantageusement, le driver 6 intègre en plus de la fonction de pilotage en déclenchement, une fonction de comparaison également appelée communément protection contre la désaturation.

[0031 ] Selon une première possibilité de la première variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 1 , l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminée comprenant au moins une diode 8 de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite deuxième borne d’entrée 63 du driver 6 et la borne 30 de ladite unité de coupure électronique de coupure 3. Dans ce cas, le driver 6 est configuré pour générer une tension qui correspond à la valeur seuil prédéterminée. [0032] Avantageusement, cette configuration permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée. La diode 8 est de préférence une diode Zener. Ce montage électrique présente l’avantage d’être analogique.

[0033] Selon une deuxième possibilité de la première variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 2, le driver 6 comprend une troisième borne d’entrée 64 reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2, de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection 2.

[0034] Avantageusement, le déclencheur électronique de protection 2 permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée de manière électronique.

[0035] Selon une deuxième variante de réalisation de l’invention et comme l’illustrent les figures 3 et 4, ledit déclencheur analogique de protection 4 comprend en outre au moins une unité de comparaison 5 comprenant une première borne d’entrée 51 , une deuxième borne d’entrée 52 et une borne de sortie 53. Ladite première borne d’entrée 51 est reliée électriquement à l’unité de coupure électronique 3 et ladite borne de sortie 53 est reliée électriquement à une deuxième borne d’entrée 63 que comprend le driver 6. Et ladite unité de comparaison 5 est configurée pour comparer le signal représentatif de la tension aux bornes 30, 31 de l’unité de coupure électronique 3 à ladite valeur seuil prédéterminée et en cas de dépassement de ladite valeur seuil émettre le deuxième signal de commande D2 de déclenchement de protection.

[0036] Avantageusement, l’unité de comparaison 5 réalise une fonction de comparaison. L’unité de comparaison 5 peut comprendre un comparateur.

[0037] Selon une première possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 3, l’appareillage de protection à coupure électronique comprend un montage électrique de réglage du seuil prédéterminé comprenant au moins une diode 8 de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée, ledit montage électrique étant relié électriquement entre ladite première borne d’entrée 51 de ladite unité de comparaison 5 et la borne 30 de ladite unité de coupure électronique de coupure 3. Dans ce cas, l’unité de comparaison 5 comprend préférentiellement une deuxième borne d’entrée 52 reliée à un régulateur de tension ou un pont diviseur de tension ou équivalent afin de générer la tension voulue qui correspond à la valeur seuil prédéterminée.

[0038] Avantageusement, cette configuration permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée. La diode 8 est de préférence une diode Zener. Ce montage électrique présente l’avantage d’être analogique.

[0039] Selon une deuxième possibilité de la deuxième variante de réalisation de l’invention illustrée à la figure 4, ladite deuxième borne d’entrée 52 de ladite unité de comparaison 5 est reliée électriquement au déclencheur électronique de protection 2, de sorte à permettre le réglage de ladite valeur seuil prédéterminée dans ledit déclencheur électronique de protection 2.

[0040] Avantageusement, le déclencheur électronique de protection 2 permet dans ce cas le réglage de la valeur seuil prédéterminée de manière électronique.

[0041 ] De préférence, le déclencheur électronique de protection 2 selon l’invention comprend au moins un microcontrôleur configuré au moins pour traiter ledit signal d’acquisition représentatif de l’image du courant circulant dans ladite au moins une ligne de courant de phase L et le cas échéant à émettre ledit premier signal de commande D1 de déclenchement de protection représentatif de l’apparition d’un défaut, le microcontrôleur ayant un temps de réponse compris entre 10 millisecondes et 1 seconde.

[0042] Le microcontrôleur peut également être prévu pour assurer les fonctions de mesure, la communication, en plus de la détection de défaut. Dans tous les cas, il n’est pas prévu pour détecter des défauts de type court-circuit ou onde de choc CEM. En effet, ce dernier n’est pas suffisamment puissant et rapide pour effectuer cette tâche.

[0043] De préférence, l’appareillage de protection à coupure électronique selon l’invention comprend un boîtier au format modulaire, c’est-à-dire dont le format est de préférence conforme à la norme UTE C61 -920.

[0044] L’invention permet ainsi de réaliser un appareillage de protection à coupure électronique au format modulaire ayant un coût et un encombrement qui sont limités sans avoir à sélectionner un déclencheur électronique de protection 2 qui soit capable de détecter des défauts dits rapides, ce qui augmenterai fortement le coût de fabrication.

[0045] De préférence, ledit boîtier présente une forme globalement parallélépipédique avec une première face principale et une deuxième face principale, et des faces latérales, respectivement arrière, inférieure, avant et supérieure s'étendant de l'une à l'autre des première et deuxième faces principales, 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.

[0046] De préférence, en cas de détection d’un défaut par le déclencheur analogique de protection 4, le driver 6 est configuré pour piloter l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure 3 et pour transmettre un signal au déclencheur électronique de protection 2 pour l’informer de la présence d’un défaut.

[0047] Pour ce faire, le driver 6 peut passer instantanément la commande du composant électronique de préférence un transistor à zéro. Le driver 6 peut également envoyer un signal au déclencheur électronique de protection 2, de préférence un microcontrôleur, pour l’informer de la présence d’un défaut.

[0048] De préférence et de manière alternative, en cas de détection d’un défaut par le déclencheur analogique de protection 4, le driver 6 est configuré pour piloter l’ouverture dudit au moins un composant électronique de coupure de puissance de l’unité de coupure 3 et l’unité de comparaison 5 est configurée pour transmettre un signal au déclencheur électronique de protection 2 pour l’informer de la présence d’un défaut.

[0049] Pour ce faire, le driver 6 peut passer instantanément la commande du composant électronique de préférence un transistor à zéro. L’unité de comparaison peut quant à elle envoyer un signal au déclencheur électronique de protection 2, de préférence un microcontrôleur, pour l’informer de la présence d’un défaut.

[0050] De préférence, l’unité de coupure électronique 3 comprend une masse M qui est locale. Ainsi, la masse M ne correspond pas à une masse du circuit formé par la ligne de courant de phase L et la ligne de courant de neutre N. [0051 ] De préférence, le déclencheur analogique de protection 4 comprend une masse M qui est locale.

[0052] De préférence, l’unité de comparaison 5 comprend une masse M qui est locale.

[0053] 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.