FR2752479A1 - Differential electronic circuit breaker for electrical Protection - Google Patents
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Abstract
Description
DISJONCTEUR DIFF9RENTIEL ÉLECTRONIQIJE
L'invention est relative à un disjoncteur différentiel comprenant un dispositif de déclenchement différentiel comportant: - un détecteur de courant différentiel formé par un transformateur totalisateur en forme de tore traversé par des conducteurs de puissance constituant l'enroulement primaire, - un relais de déclenchement commandé par un circuit électronique lorsque la tension aux bornes de l'enroulement secondaire de mesure du transformateur totalisateur dépasse un seuil prédéterminé, - un circuit test pour contrôler le fonctionnement du dispositif de déclenchement différentiel, - et des moyens de transmission de l'ordre de déclenchement du relais vers le mécanisme du disjoncteur.ELECTRONIC DIFF9RENTIAL CIRCUIT BREAKER
The invention relates to a differential circuit breaker comprising a differential tripping device comprising: - a differential current detector formed by a totalizing transformer in the form of a toroid crossed by power conductors constituting the primary winding, - a controlled tripping relay by an electronic circuit when the voltage across the secondary measurement winding of the totalizing transformer exceeds a predetermined threshold, - a test circuit to check the operation of the differential tripping device, - and means for transmitting the tripping order from the relay to the circuit breaker mechanism.
Dans un disjoncteur différentiel connu du genre mentionné, la carte du circuit électronique à source auxiliaire d'alimentation est montée à côté du transformateur totalisateur, et du relais, à l'intérieur du boîtier du disjoncteur, ou dans un compartiment séparé renfermant le déclencheur différentiel. Un tel agencement nécessite un câblage électrique avec un risque de fiabilité au niveau des nombreuses soudures entre les différents éléments.In a known differential circuit breaker of the kind mentioned, the electronic circuit board with an auxiliary power source is mounted next to the totalizing transformer and the relay, inside the circuit breaker housing, or in a separate compartment containing the differential trip device. . Such an arrangement requires electrical wiring with a risk of reliability in terms of the many welds between the different elements.
L'objet de l'invention consiste à remédier à ces inconvénients, et à réaliser un disjoncteur différentiel électronique à câblage simplifié, et à montage rapide.The object of the invention is to remedy these drawbacks, and to produce an electronic differential circuit breaker with simplified wiring and quick assembly.
Le disjoncteur différentiel selon l'invention est caractérisé en ce que le relais de déclenchement et le transformateur totalisateur sont montés tous les deux sur la carte du circuit électronique, laquelle est équipée de tous les éléments de la fonction de protection différentielle y compris le circuit test.The differential circuit breaker according to the invention is characterized in that the trip relay and the totalizing transformer are both mounted on the electronic circuit board, which is equipped with all the elements of the differential protection function including the test circuit .
Le relais est un relais électromagnétique à émission de courant, alimenté par le circuit électronique à source d'alimentation auxiliaire.The relay is an electromagnetic relay with current emission, supplied by the electronic circuit with auxiliary power source.
La bobine du relais et l'enroulement secondaire du transformateur totalisateur sont connectés électriquement sur le circuit imprimé de la carte.The relay coil and the secondary winding of the summation transformer are electrically connected to the printed circuit board.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de déclenchement différentiel est monté dans un compartiment du boîtier isolant du disjoncteur, de manière à faire passer les conducteurs de puissance dans l'orifice du tore, suivi de leur soudage sur des plages de contact en liaison électrique avec les bornes de sortie correspondantes du disjoncteur.According to a preferred embodiment, the differential tripping device is mounted in a compartment of the insulating case of the circuit breaker, so as to pass the power conductors through the orifice of the toroid, followed by their welding on contact pads in connection electric with the corresponding output terminals of the circuit breaker.
Selon un développement de l'invention, le circuit électronique à source d'alimentation auxiliaire comprend: - un circuit intégré de traitement du signal de mesure délivré par l'enroulement secondaire du transformateur, - une varistance branchée à l'un des conducteurs de puissance et à un point milieu de raccordement de la bobine du relais, la borne opposée étant branchée électriquement à l'autre conducteur de puissance, - un thyristor connecté entre le point milieu et l'entrée d'un circuit redresseur en pont, la sortie dudit circuit redresseur étant branchée à la varistance à l'opposé du point milieu, - une gâchette de commande du thyristor pilotée par le circuit intégré, de manière à commuter le thyristor dans l'état conducteur après dépassement du seuil de déclenchement pour l'excitation de la bobine du relais.According to a development of the invention, the electronic circuit with auxiliary power source comprises: - an integrated circuit for processing the measurement signal delivered by the secondary winding of the transformer, - a varistor connected to one of the power conductors and at a midpoint of connection of the relay coil, the opposite terminal being electrically connected to the other power conductor, - a thyristor connected between the midpoint and the input of a bridge rectifier circuit, the output of said rectifier circuit being connected to the varistor opposite the midpoint, - a thyristor control trigger controlled by the integrated circuit, so as to switch the thyristor into the conductive state after exceeding the triggering threshold for excitation of the relay coil.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif de déclenchement différentiel selon l'invention; - la figure 2 montre l'incorporation du dispositif de déclenchement différentiel de la figure 1 dans un boîtier du disjoncteur; - la figure 3 représente le schéma électrique du disjoncteur différentiel électronique.Other advantages and characteristics will emerge more clearly from an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example and shown in the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic perspective view of the device differential release according to the invention; - Figure 2 shows the incorporation of the differential tripping device of Figure 1 in a case of the circuit breaker; - Figure 3 shows the electrical diagram of the electronic differential circuit breaker.
En référence à la figure 1, un dispositif de déclenchement différentiel 10 comporte un transformateur totalisateur 12, un relais 14 électromagnétique de déclenchement, et un circuit électronique 16 de traitement à source d'alimentation auxiliaire.With reference to FIG. 1, a differential tripping device 10 comprises a totalizing transformer 12, an electromagnetic tripping relay 14, and an electronic processing circuit 16 for processing with an auxiliary power source.
Le transformateur totalisateur 12 constitue un détecteur de courant différentiel et est pourvu d'un circuit magnétique en forme de tore, ayant un orifice 18 central susceptible d'être traversé par l'enroulement primaire constitué par les conducteurs de puissance du réseau basse tension à protéger. Un enroulement secondaire 20 est bobiné sur le tore, et est connecté électriquement à une résistance de mesure R1 du circuit électronique 16.The totalizing transformer 12 constitutes a differential current detector and is provided with a toroid-shaped magnetic circuit, having a central orifice 18 capable of being traversed by the primary winding constituted by the power conductors of the low voltage network to be protected . A secondary winding 20 is wound on the toroid, and is electrically connected to a measurement resistor R1 of the electronic circuit 16.
Le relais 14 électromagnétique de déclenchement est du type décrit dans le document
FR-A-94 00927, et est formé par un actionneur à bobine 22 d'émission de courant.The electromagnetic tripping relay 14 is of the type described in the document
FR-A-94 00927, and is formed by a coil actuator 22 for transmitting current.
La bobine 22 tubulaire est portée par un support 24, et comporte à l'intérieur de l'alésage, un noyau magnétique mobile 25 accouplé à un organe d'actionnement 52.The tubular coil 22 is carried by a support 24, and comprises inside the bore, a mobile magnetic core 25 coupled to an actuating member 52.
La bobine 22 du relais 14 est connectée à deux bornes Al et A2 du circuit électronique 16.The coil 22 of the relay 14 is connected to two terminals Al and A2 of the electronic circuit 16.
Selon l'invention, le relais 14 électromagnétique et le transformateur totalisateur 12 sont montés tous les deux sur la carte 28 du circuit électronique 16. La carte 28 est ainsi équipée de tous les éléments de la fonction différentielle du dispositif 10, y compris le circuit test avec ses deux résistances d'essai R4 et R5 associées aux deux bornes 30, 32 de l'interrupteur d'essai piloté par le bouton test 34 ( figure 2).According to the invention, the electromagnetic relay 14 and the summing transformer 12 are both mounted on the card 28 of the electronic circuit 16. The card 28 is thus equipped with all the elements of the differential function of the device 10, including the circuit test with its two test resistors R4 and R5 associated with the two terminals 30, 32 of the test switch controlled by the test button 34 (Figure 2).
Tous les composants électroniques CE se trouvent interconnectés électriquement sur le circuit imprimé de la carte 28 avec l'enroulement secondaire 20 du transformateur totalisateur 12, et la bobine 22 du relais 14.All the electronic components CE are electrically interconnected on the printed circuit of the card 28 with the secondary winding 20 of the totalizing transformer 12, and the coil 22 of the relay 14.
Le réglage et le contrôle de la fonction différentielle peuvent être opérés directement sur la carte 28, avant d'intégrer le dispositif de déclenchement différentiel 10 dans le boîtier 36 du disjoncteur 38. La mise en oeuvre de la fonction test est également possible sur la carte 28 en court-circuitant les deux bornes 30, 32 pour la mise en circuit des deux résistances d'essai R4 et R5.The adjustment and the control of the differential function can be operated directly on the card 28, before integrating the differential trip device 10 in the case 36 of the circuit breaker 38. The implementation of the test function is also possible on the card 28 by short-circuiting the two terminals 30, 32 for switching on the two test resistors R4 and R5.
Cette possibilité de contrôle externe du dispositif de déclenchement différentiel 10 est particulièrement avantageuse dans le cas d'une sous traitance de la carte 28. Le raccordement direct de la totalité des éléments sur le circuit imprimé évite la filerie classique, et facilite la fabrication du dispositif 10, tout en améliorant la fiabilité.This possibility of external control of the differential tripping device 10 is particularly advantageous in the case of a subcontracting of the card 28. The direct connection of all the elements on the printed circuit avoids conventional wiring, and facilitates the manufacture of the device 10, while improving reliability.
Sur la figure 2, le dispositif de déclenchement différentiel 10 de la figure 1 est monté dans un compartiment du boîtier 36 isolant du disjoncteur 38 pour constituer un disjoncteur différentiel. Cette association du dispositif 10 avec le disjoncteur 38 est simplifiée au minimum, car elle ne nécessite que deux soudures 40, 42 dans la zone de contact des extrémités recourbées des conducteurs de puissance 44, 46, respectivement avec des plages de contact 48, 50. In FIG. 2, the differential tripping device 10 of FIG. 1 is mounted in a compartment of the insulating housing 36 of the circuit breaker 38 to constitute a differential circuit breaker. This association of the device 10 with the circuit breaker 38 is simplified to the minimum, because it only requires two welds 40, 42 in the contact zone of the curved ends of the power conductors 44, 46, respectively with contact pads 48, 50.
Le disjoncteur 38 représenté à titre d'exemple sur la figure 2 est un disjoncteur unipolaire et neutre, et les plages de contact 48, 50 sont raccordées directement aux bornes de sortie du circuit de phase, et du circuit de neutre. Les conducteurs de puissance 44, 46 constituant l'enroulement primaire du transformateur totalisateur 12, sont préparés à partir du boîtier disjoncteur, et il suffit de les faire passer par l'orifice 18 du tore, et de positionner les extrémités dans des rainures en U de plages 48, 50 avant l'opération de soudure.The circuit breaker 38 shown by way of example in FIG. 2 is a unipolar and neutral circuit breaker, and the contact pads 48, 50 are connected directly to the output terminals of the phase circuit, and of the neutral circuit. The power conductors 44, 46 constituting the primary winding of the totalizing transformer 12, are prepared from the circuit breaker box, and it suffices to pass them through the orifice 18 of the toroid, and to position the ends in U-shaped grooves areas 48, 50 before the welding operation.
L'organe d'actionnement 26 du relais 14 comporte un téton 52 (figure 1) qui traverse un trou 54 de la cloison de séparation du boîtier 36, pour agir directement sur la barre de déclenchement (non représentée) du mécanisme de commande du disjoncteur 38 lorsque la bobine 22 est dans l'état excitée.The actuating member 26 of the relay 14 comprises a stud 52 (Figure 1) which passes through a hole 54 in the partition wall of the housing 36, to act directly on the trip bar (not shown) of the circuit breaker control mechanism 38 when the coil 22 is in the excited state.
I1 est clair que le relais 14 à émission d courant peut être remplacé par tout autre type de relais, la transmission de l'énergie de déclenchement pouvant intervenir par l'intermédiaire d'un mécanisme amplificateur, lequel pourrait être logé par exemple dans le compartiment 56 agencé au-dessus du relais 14.. It is clear that the relay 14 with current emission can be replaced by any other type of relay, the transmission of the triggering energy being able to intervene by means of an amplifier mechanism, which could be housed for example in the compartment. 56 arranged above relay 14 ..
En référence à la figure 3, le circuit électronique 16 à source d'alimentation auxiliaire utilise un circuit intégré de traitement IC1. Le primaire du transformateur totalisateur 12 est connecté électriquement entre les contacts du disjoncteur 38, et la charge L. L'enroulement secondaire 20 est branché à l'entrée du circuit intégré IC1 à travers un circuit de filtrage R1, R2, C3. La bobine 22 du relais 14 de déclenchement est branchée d'une part à la borne Al se trouvant au potentiel du conducteur de phase 46, et d'autre part à la borne A2 d'une varistance RV1. La varistance RV1 se trouve connectée en parallèle à la borne A2 et au conducteur de neutre 44, et simultanément au pont redresseur D1, D2, D3, D4 par l'intermédiaire d'un circuit à résistance capacité R3, C7. La borne A2 est également reliée via une diode D5 à un redresseur thyristor TH1, dont la cathode est connectée aux diodes D2 et D3 du pont.With reference to FIG. 3, the electronic circuit 16 with an auxiliary power source uses an integrated processing circuit IC1. The primary of the summing transformer 12 is electrically connected between the contacts of the circuit breaker 38, and the load L. The secondary winding 20 is connected to the input of the integrated circuit IC1 through a filtering circuit R1, R2, C3. The coil 22 of the tripping relay 14 is connected on the one hand to the terminal A1 located at the potential of the phase conductor 46, and on the other hand to the terminal A2 of a varistor RV1. The varistor RV1 is connected in parallel to the terminal A2 and to the neutral conductor 44, and simultaneously to the rectifier bridge D1, D2, D3, D4 via a resistance resistance circuit R3, C7. Terminal A2 is also connected via a diode D5 to a thyristor rectifier TH1, the cathode of which is connected to diodes D2 and D3 of the bridge.
Les bornes de sortie du disjoncteur 38 sont branchées à la charge L.The output terminals of circuit breaker 38 are connected to load L.
En cas d'apparition d'un défaut d'isolement sur le réseau à protéger, le transformateur totalisateur 12 émet un signal de commande au circuit intégré IC1, lequel provoque la conduction du thyristor THî en cas de dépassement du seuil de déclenchement différentiel. La conduction du thyristor THl assure l'excitation de la bobine 22 du relais 14. Le déplacement du noyau mobile 25 entraîne le téton 52 vers la position déclenchée provoquant le déverrouillage du mécanisme 58 de commande du disjoncteur 38, et l'ouverture automatique de ses contacts. In the event of an insulation fault appearing on the network to be protected, the summing transformer 12 sends a control signal to the integrated circuit IC1, which causes the thyristor THî to be conduced if the differential tripping threshold is exceeded. The conduction of the thyristor TH1 excites the coil 22 of the relay 14. The displacement of the movable core 25 drives the pin 52 towards the tripped position causing the unlocking of the mechanism 58 for controlling the circuit breaker 38, and the automatic opening of its contacts.
Le circuit d'excitation de la bobine 22 constitue une source d'alimentation auxiliaire connectée en permanence en aval du réseau, et susceptible de fonctionner lorsque la tension nominale du réseau est comprise entre 50V et 230V. Le montage en série de la bobine 22 du relais 14 avec la varistance RV1 permet de résister à des surtensions permanentes élevées, par exemple de l'ordre de
Un étant la tension nominale du réseau. La varistance RV1 est elle-même protégée par l'impédance de la bobine 22 à l'encontre de surtensions transitoires.One being the nominal network voltage. The varistor RV1 is itself protected by the impedance of the coil 22 against transient overvoltages.
Le circuit test 30 est composé de résistances d'essai R4, R5, de l'interrupteur d'essai 62 associé au bouton test 34, et d'un enroulement auxiliaire 64 entourant le tore, et est branché en parallèle aux bornes de la varistance RV1. The test circuit 30 is composed of test resistors R4, R5, the test switch 62 associated with the test button 34, and an auxiliary winding 64 surrounding the toroid, and is connected in parallel to the terminals of the varistor. RV1.
Le circuit test 60 autonome est ainsi protégé par la varistance RV1 contre les surtensions.The autonomous test circuit 60 is thus protected by the varistor RV1 against overvoltages.
I1 est clair que le disjoncteur 38 peut être tripolaire ou tétrapolaire avec le même dispositif de déclenchement différentiel 10 selon les figures 1 et 3. La varistance RV1 peut bien entendu être remplacée par tout autre composant limiteur de tension. It is clear that the circuit breaker 38 can be three-pole or four-pole with the same differential tripping device 10 according to FIGS. 1 and 3. The varistor RV1 can of course be replaced by any other voltage limiting component.
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