La présente invention concerne un dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement electrique sur une machine alimentée avec un neutre isolé ou avec un neutre à la terre non reliée à la masse de la machine. The present invention relates to a safety device for the detection of an electrical insulation fault on a machine supplied with an isolated neutral or with a neutral to earth not connected to the ground of the machine.
De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, qui permet d'interrompre l'alimentation électrique de la machine electri- que lorsque l'on détecte un défaut d'isolement électrique sur cette machine, la machine col,lportant une masse mécanique. More specifically, the present invention relates to a device of the type defined above, which makes it possible to interrupt the electrical supply to the electrical machine only when an electrical insulation fault is detected on this machine, the machine neck, carrying a mechanical mass.
On sait que lors de l'utilisation de machines électriques qui peuvent être du type industriel ou du type domestique, l'un des problèmes est la détection et la protection de défauts d'isolement électrique. Cela constitue en effet un élément important de sécurité pour l'utilisateur de cette machine, en particulier lorsqu'il s'agit d'une machine domestique et que l'utilisateur est peu averti des dangers des machines électriques. D'une manière générale, lors de l'utilisation de telles machines, il est très souhaitable de pouvoir détecter un défaut d'isolement de cette machine et d'assurer la protection de l'utilisateur par interruption de l'alimentation électrique de la machine et déclenchement éventuel d'un signal d'alarme indiquant la présence de ce défaut et subsidiairement, la protection de cette machine en vue du maintien de son intégrité. It is known that when using electrical machines which may be of the industrial or domestic type, one of the problems is the detection and protection of electrical insulation faults. This in fact constitutes an important element of safety for the user of this machine, in particular when it is a domestic machine and the user is little aware of the dangers of electric machines. In general, when using such machines, it is very desirable to be able to detect an insulation fault in this machine and to protect the user by interrupting the machine's electrical supply. and possible triggering of an alarm signal indicating the presence of this fault and, in the alternative, the protection of this machine with a view to maintaining its integrity.
On connait déjà des dispositics de ce type, par exemple celui qui est décrit et revendiqué dans la demande de brevet français nO 75 03653 qui concerne un dispositif comprenant un circuit de surveillance maintenu en permanence sous une tension continue fournie par le secondaire d'un transformateur dont le primaire est branché sur le circuit d'alimentation de la machine et qui est caractérisé en ce que cette tension est appliquée aux bornes d'un relais qui coupe la puissance sur la machine dès qu'il est attaqué par le courant de base d'un transistor équipé de façon à devenir conducteur dès qu'une différence de potentiel apparait aux bornes d'une résistance de grande valeur montée entre le circuit de base et le circuit émetteur, cette resistance étant calculée de façon que le courant de base soit pratiquement égal au courant de court-circuit, le transistor polarisé devenant conducteur et le restant aussi longtemps que dure le court-circuit. Devices of this type are already known, for example that described and claimed in French patent application no. 75 03653 which relates to a device comprising a monitoring circuit permanently maintained under a DC voltage supplied by the secondary of a transformer the primary of which is connected to the power supply circuit of the machine and which is characterized in that this voltage is applied to the terminals of a relay which cuts the power on the machine as soon as it is attacked by the basic current d '' a transistor equipped so as to become conductive as soon as a potential difference appears across a high-value resistor mounted between the base circuit and the emitter circuit, this resistance being calculated so that the base current is practically equal to the short-circuit current, the polarized transistor becoming conductive and remaining so for as long as the short-circuit lasts.
Selon d'autres perfectionnements apportés à cette invention, il est prévu l'adjonction de potentiomètres de réglage montés en parallèle par rapport à la résistance de grande valeur qui permet de régler le seuil de déclenchement de ce dispositif de sécurité. According to other improvements made to this invention, provision is made for the addition of adjustment potentiometers mounted in parallel with respect to the high value resistor which makes it possible to adjust the triggering threshold of this safety device.
Un tel dispositif, tout en assurant déjà une bonne sécurité, présente cependant un certain nombre de défauts. D'une part, il ne prend en compte que les défauts d'isolement sur les conducteurs de pnase dans le cas d'une alimentation polyphasée. Or, le conducteur du neutre constitue en fait également un conducteur actif et un défaut d'isolement sur ce conducteur,n'est pas pris en compte. Such a device, while already ensuring good security, however presents a certain number of defects. On the one hand, it only takes into account the insulation faults on the pnase conductors in the case of a polyphase supply. However, the neutral conductor in fact also constitutes an active conductor and an insulation fault on this conductor is not taken into account.
En outre, un tel dispositif lorsqu'on veut l'in~ troduire dans un conteneur de dimensions réduites, pose un problème quant à son type d'alimentation électrique. En d'autres termes, cette alimentation utilise un transformateur qu'il est très difficile, et de toute manière coûteux,de placer dans un boîtier de volume réduit en vue d'applications domestiques. In addition, such a device when one wants to in ~ troduire in a container of reduced dimensions, poses a problem as to its type of electrical supply. In other words, this power supply uses a transformer which it is very difficult, and in any case expensive, to place in a box of reduced volume for domestic applications.
On connaît d'autres dispositifs pour effectuer ce type de détection qui présentent également 1 'inconvénient d'être compliqués et d'un coût relativement élevé et de nécessiter une alimentation électrique pour les différents composants par transformateur qui rend l'intégration dans un boitier de ce dispositif délicate. Other devices are known for carrying out this type of detection which also have the drawback of being complicated and of relatively high cost and of requiring an electrical supply for the various components by transformer which makes integration into a housing of this delicate device.
Compte tenu de cet état de la technique, l'inn- tion concerne un dispositif de sécurité du type défini cidessus qui pallie les inconvénients rappelés précédemment. In view of this state of the art, the invention relates to a safety device of the type defined above which overcomes the drawbacks mentioned above.
Un premier objet de l'invention est de réaliser un dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement électrique sur une machine alimentée avec un neutre isolé et sur une installation avec neutre à la terre ot la masse machine électrique n'est pas reliée à la terre qui n'utilise que les composants simples et donc peu onéreux, tout en présentant une grande fiabilité. A first object of the invention is to provide a safety device for the detection of an electrical insulation fault on a machine supplied with an isolated neutral and on an installation with earth neutral and the electrical machine ground is not not earthed which uses only simple components and therefore inexpensive, while having great reliability.
Un deuxième objet de l'invention est de fournir un dispositif du type défini précédemment qui utilise pour les composants semi-conducteurs constitutifs, une alimentation électrique originale permettant de limiter l'encombrement de ce dispositif et facilitant ainsi son intégration dans un boitier. A second object of the invention is to provide a device of the type defined above which uses, for the constituent semiconductor components, an original electrical supply making it possible to limit the size of this device and thus facilitating its integration in a box.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un dispositif du type défini précedemment dans lequel on trouve un pont redresseur à diode qui sert d'une part à créer un des points de référence de potentiel pour effectuer la détection du défaut et d'autre part, à assurer l'alimentation électrique des composants du circuit afin de diminuer le nombre de composants mis en oeuvre et de réduire le volume nécessaire à la mise en place de ces composants. Another object of the invention is to provide a device of the type defined above in which there is a diode rectifier bridge which is used on the one hand to create one of the potential reference points for detecting the fault and on the other hand part, to ensure the electrical supply of the components of the circuit in order to reduce the number of components used and to reduce the volume necessary for the installation of these components.
Ces résultats sont obtenus grâce au dispositif objet de l'invention. These results are obtained thanks to the device which is the subject of the invention.
Le dispositif de sécurité pour la détection d'un défaut d'isolement électrique se caractérise en ce qu'il comprend :
- un pont redresseur à diodes raccordé audit fil de phase et audit fil de neutre pour son alimentation,
- une résistance montée entre ladite masse et une des bornes de sortie dudit point,
- un premier transistor dont la base est raccordée à l'une des bornes de ladite résistance et dont l'émetteur est raccordé à la deuxième borne de ladite résistance, et
- un enroulement de commande d'un relais apte à ouvrir le circuit d'alimentation de ladite machine, ledit enroulement étant raccordé d'une part au collecteur dudit prer.lier transistor et d'autre part, à la deuxième borne dudit pont redresseur.The safety device for detecting an electrical insulation fault is characterized in that it comprises:
- a diode rectifier bridge connected to said phase wire and to said neutral wire for its supply,
a resistor mounted between said earth and one of the output terminals of said point,
a first transistor whose base is connected to one of the terminals of said resistor and whose emitter is connected to the second terminal of said resistor, and
- A control winding of a relay capable of opening the supply circuit of said machine, said winding being connected on the one hand to the collector of said prer.lier transistor and on the other hand, to the second terminal of said rectifier bridge.
On voit donc que d'une part le circuit est très simple et ne nécessite qu'un nombre très limité de ccmposants. We therefore see that on the one hand the circuit is very simple and requires only a very limited number of components.
On voit également que le même pont redresseur a diodes sert d'une part à réaliser l'alimentation électrique du circuit de détection et d'autre part, à définir un des deux points de référence de potentiel entre lesquels est monté le dispositif de détection, le deuxième point de référence étant constitué par la borne de masse de la machine électrique à protéger.We also see that the same diode rectifier bridge is used on the one hand to carry out the electrical supply of the detection circuit and on the other hand, to define one of the two potential reference points between which the detection device is mounted, the second reference point being constituted by the earth terminal of the electric machine to be protected.
Selon le mode de réalisation perfectionné, le dispositif comprend un deuxième transistor dont la base est reliée au collecteur du premier transistor, dont le collecteur est relié audit enroulement et dont l'émetteur est relié à l'une des bornes de sortie dudit pont redresseur. According to the improved embodiment, the device comprises a second transistor whose base is connected to the collector of the first transistor, whose collector is connected to said winding and whose emitter is connected to one of the output terminals of said rectifier bridge.
De toute façon, l'invention sera nieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté
- Sur la figure 1, un schéma montrant un mode simplifié de réalisation du dispositif objet de l'invention et
- Sur la figure 2, un schéma montrant un mode perfectionné de réalisation du dispositif objet de l'invention.In any case, the invention will be better understood on reading the description which follows of several embodiments of the invention, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the appended figures in which there is shown
- In Figure 1, a diagram showing a simplified embodiment of the device object of the invention and
- In Figure 2, a diagram showing an improved embodiment of the device object of the invention.
Sur la figure 1, on a représenté un mode simplifié de réalisation du dispositif objet de l'invention. Sur cette figure, on a représenté la machine électrique 2 à protéger et son circuit d'alimentation électrique constitué par le fil de neutre isolé 4 et le fil de phase 6. On trouve donc les bornes correspondantes B1 de neutre et B2 de phase. In Figure 1, there is shown a simplified embodiment of the device object of the invention. This figure shows the electrical machine 2 to be protected and its electrical supply circuit constituted by the insulated neutral wire 4 and the phase wire 6. The corresponding terminals B1 of neutral and B2 of phase are therefore found.
La machine électrique 2 comporte également une borne B3 de masse mécanique. Le dispositif selon l'invention proprement dit porte la référence 10. Ce dispositif comprend une résistance 12 dont une borne est reliée par l'intermédiaire d'une diode 14 à la masse B3 de la machine électrique 2 et dont l'autre borne est reliée à un pont redresseur portant la référence générale 16. Ce pont redresseur 16 dont les deux entrées alternatives sont reliées respectivement aux bornes
B1 et B2 joue, comme cela a déjà été indiqué, à la fois le rôle d'alimentation électrique pour le dispositif de détection et le rôle de création d'un des points de référence de potentiel nécessaire au fonctionnement du dispositif.The electric machine 2 also includes a mechanical mass terminal B3. The device according to the invention proper bears the reference 10. This device comprises a resistor 12, one terminal of which is connected by means of a diode 14 to ground B3 of the electric machine 2 and of which the other terminal is connected to a rectifier bridge bearing the general reference 16. This rectifier bridge 16 whose two alternative inputs are respectively connected to the terminals
B1 and B2 play, as already indicated, both the role of electrical supply for the detection device and the role of creation of one of the potential reference points necessary for the operation of the device.
Le deuxième point de référence de potentiel est constitué par la borne de masse mécanique B3 de la machine électrique 2. On trouve également un transistor de type classique 18 dont la base est reliée à la borne 12a de la résistance 12 par l'intermédiaire de la résistance 20 et dont l'émetteur est relié d'une part à la borne 12b de la résistance 12 et d'autre part à la sortie négative du pont redresseur 16. Le collecteur du transistor 18 est relié à l'entrée de l'enroulement 22 dont la sortie est reliée à la borne de sortie positive du pont redresseur 16. L'enroulement 22 commande un ensemble de contact A1, A2 à mémoire mécanique pour ledit dispositif 10, capable d'interrompre l'alimentation électrique de la machine 2.The second potential reference point is constituted by the mechanical earth terminal B3 of the electric machine 2. There is also a conventional type transistor 18 whose base is connected to the terminal 12a of the resistor 12 via the resistor 20 and the emitter of which is connected on the one hand to the terminal 12b of the resistor 12 and on the other hand to the negative output of the rectifier bridge 16. The collector of the transistor 18 is connected to the input of the winding 22, the output of which is connected to the positive output terminal of the rectifier bridge 16. The winding 22 controls a contact assembly A1, A2 with mechanical memory for said device 10, capable of interrupting the electrical supply to the machine 2.
Le fonctionnement de ce mode de réalisation simplifié de l'invention découle de la description précédente. Si l'isolement de la machine 2 est supérieur au seuil fixé par la valeur de la résistance 12, le transistor 18 est bloqué. L'enroulement 22 du relais est donc au repos, les contacts A1 et A2 sont fermés. L'alimentation électrique de la machine 2 est donc assurée. The operation of this simplified embodiment of the invention follows from the preceding description. If the insulation of the machine 2 is greater than the threshold fixed by the value of the resistor 12, the transistor 18 is blocked. The winding 22 of the relay is therefore at rest, the contacts A1 and A2 are closed. The electrical supply of the machine 2 is therefore ensured.
Si l'isolement de la machine 2 devient inférieur au seuil fixé par la résistance 12, le courant circulant entre la masse B3 et l'alimentation constituée par le pont 16 sature le transistor 18. L'enroulement 22 est alors alimenté et on a ouverture des contacts A1 et A2. L'alimentation de la machine électrique 2 est interrompue. On obtient donc ainsi une protection de la machine 2 lorsque la résistance d'isolement de cette machine devient défaillante. If the insulation of the machine 2 becomes lower than the threshold fixed by the resistor 12, the current flowing between the ground B3 and the supply constituted by the bridge 16 saturates the transistor 18. The winding 22 is then supplied and there is opening contacts A1 and A2. The supply of the electric machine 2 is interrupted. Protection of the machine 2 is thus obtained when the insulation resistance of this machine becomes faulty.
Sur la figure 2, on a représenté un mode perfec tionné 10' de réalisation du dispositif 10 objet de l'inven tion. Sur cette figure, on a repris avec les mêmes indices les éléments communs aux deux modes de mise en oeuvre de l'invention. Dans ce mode de réalisation, la résistance 12 qui porte la référence 12', est constitué par un potentiomètre qui permet ainsi de régler le seuil de déclenchement du dispositif. La modification essentielle par rapport au dispositif de la figure 1, consiste dans le fait que l'on trouve un deuxième transistor portant la référence 24 qui est associé au transistor 18. La base de ce transistor est reliée au collecteur du transistor 18 par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 26 et on trouve également une résistance de polarisation 28.L'émetteur du transistor 24 est également relié à la sortie négative du pont redresseur 16, alors que son collecteur est relié à l'enroulement 22 par l'intermédiaire de préférence d'une diode électroluminescente 30. Cette diode 30 constitue un signal d'alarme en cas de défaut d'isolement électrique de la machine 2. En outre, on trouve en parallèle avec le relais 22 une diode 32. In FIG. 2, an improved embodiment 10 'of the device 10 object of the invention has been shown. In this figure, the elements common to the two embodiments of the invention have been used with the same indices. In this embodiment, the resistor 12 which carries the reference 12 ', is constituted by a potentiometer which thus makes it possible to adjust the triggering threshold of the device. The essential modification compared to the device of FIG. 1, consists in the fact that there is a second transistor carrying the reference 24 which is associated with the transistor 18. The base of this transistor is connected to the collector of the transistor 18 by the intermediate of a bias resistor 26 and there is also a bias resistor 28. The emitter of transistor 24 is also connected to the negative output of rectifier bridge 16, while its collector is connected to winding 22 by the preferably via a light emitting diode 30. This diode 30 constitutes an alarm signal in the event of a fault in the electrical insulation of the machine 2. In addition, a diode 32 is found in parallel with the relay 22.
Selon ce mode de réalisation perfectionné, on trouve une diode Zener 34 entre la sortie de l'enroulement 22 et l'entrée positive du pont redresseur 16 pour limiter dans l'enroulement 22 le courant d'alimentation. On trouve enfin en parallèle avec l'enroulement 22 et le transistor 24 entre les deux bornes d'alimentation une capacité 36 et une résistance 38 qui linéarisent la tension redressée. Enfin, on trouve entre la base du transistor 18 et le collecteur du transistor 24, une ligne électrique comportant la résistance de mémorisation 40 et un contact à commande manuelle 42.According to this improved embodiment, there is a Zener diode 34 between the output of the winding 22 and the positive input of the rectifier bridge 16 to limit the supply current in the winding 22. Finally there is in parallel with the winding 22 and the transistor 24 between the two supply terminals a capacitor 36 and a resistor 38 which linearize the rectified voltage. Finally, there is between the base of the transistor 18 and the collector of the transistor 24, an electric line comprising the storage resistor 40 and a manually controlled contact 42.
Lorsque la valeur du seuil de déclenchement a été réglée par le potentiomètre 12', le fonctionnement du dispositif perfectionné est le suivant : si l'isolement de la machine électrique 2 est supérieur au seuil fixé par le potentiomètre 12', le transistor 18 est bloqué. Le transistor 24 est saturé et l'enroulement 22 est dans un état qui correspond au fait que les contacts A1 et A2 sont fermés, c'est-à-dire que la machine électrique 2 est alimentée. When the value of the triggering threshold has been set by the potentiometer 12 ', the operation of the improved device is as follows: if the insulation of the electric machine 2 is greater than the threshold set by the potentiometer 12', the transistor 18 is blocked . The transistor 24 is saturated and the winding 22 is in a state which corresponds to the fact that the contacts A1 and A2 are closed, that is to say that the electric machine 2 is supplied.
Si au contraire, l'isolement de la machine 2 devient inférieur au seuil fixé par le potentiomètre 12', le courant circulant entre la masse B3 et le pont redresseur 16, alimente le transistor 18 qui se sature. De ce fait, le courant de base du transistor 24 est annulé et ce transistor se bloque entrai- nant la modification du courant circulant dans l'enroulement 22 et l'ouverture des contacts A1 et A2. L'alimentation électrique de la machine 2 est donc interrompue. Une mémorisation électronique de l'état d'isolement de la machine 2 se fait par l'intermédiaire de la résistance 40. Pour annuler cette mémorisation et établir à nouveau l'alimentation élec- trique de la machine 2 lorsque le défaut d'isolement a disparu, on agit sur le bouton poussoir 42 pour supprimer cette mémorisation.If on the contrary, the insulation of the machine 2 becomes lower than the threshold fixed by the potentiometer 12 ', the current flowing between the ground B3 and the rectifier bridge 16, feeds the transistor 18 which becomes saturated. As a result, the base current of transistor 24 is canceled and this transistor is blocked, resulting in the modification of the current flowing in the winding 22 and the opening of contacts A1 and A2. The power supply to machine 2 is therefore interrupted. An electronic storage of the insulation state of the machine 2 takes place via the resistor 40. To cancel this storage and re-establish the electrical supply of the machine 2 when the insulation fault has disappeared, action is taken on the push button 42 to delete this memorization.
On voit donc que selon ce mode perfectionné de réalisation du dispositif objet de l'invention, la commande du relais d'interruption de l'alimentation électrique se fait en deux temps par l'intermédiaire des transistors 18 et 24. It can therefore be seen that according to this improved embodiment of the device which is the subject of the invention, the control of the power supply interruption relay is carried out in two stages via the transistors 18 and 24.
Cependant, le circuit reste encore très simple.However, the circuit is still very simple.
Cependant, le mode de réalisation perfectionné représenté sur la figure 2, ne constitue nullement une définition limitative de l'invention. On pourrait utiliser par exemple un amplificateur opérationnel pour l'amplification du signal de défaut à la place du transistor 18 et on pourrait utiliser un organe statique de coupure de l'alimentation électrique (lignes 4 et 6), cet élément statique pouvant consister en un thyristor ou en un triac. However, the improved embodiment shown in Figure 2 does not constitute a limiting definition of the invention. One could use for example an operational amplifier for the amplification of the fault signal in place of the transistor 18 and one could use a static member of cut of the electric supply (lines 4 and 6), this static element being able to consist of a thyristor or in a triac.
De même, le bouton poussoir 42 peut être suuprimé. Likewise, the push button 42 can be deleted.
Dans ce cas, l'annulation de la mémorisation de l'isolement
électrique de la machine se ferait alors par la coupure volontaire de l'alimentation électrique en B1 et B2. De meme
comme dans le cas de la figure 1, le potentiomètre 12' peut
être remplacé par une résistance fixe, le seuil de déclen
chement -étant alors immuable.In this case, the cancellation of the isolation memorization
the machine would then be done by deliberately cutting off the electrical supply at B1 and B2. Likewise
as in the case of FIG. 1, the potentiometer 12 'can
be replaced by a fixed resistor, the trigger threshold
dearly-being then immutable.
I1 découle de la description qui précède que le
dispositif objet de l'invention permet effectivement d'as surer une protection de la machine électrique vis-à-vis d'un défaut d'isolement. En outre, ce dispositif ayant une structure très simple et n'utilisant pas de composants volumineux (en particulier, on n'utilise aucun transformateur même pour l'alimentation électrique), le circuit peut s'intégrer aisément dans un boîtier muni de bornes qui peut être aisément interposé entre la machine à protéger 2 et les bornes d'alimentation électrique.It follows from the above description that the
device object of the invention effectively allows a surer protection of the electric machine vis-à-vis an insulation fault. In addition, this device having a very simple structure and not using bulky components (in particular, no transformer is used even for the power supply), the circuit can be easily integrated in a housing provided with terminals which can be easily interposed between the machine to be protected 2 and the power supply terminals.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7926240AFR2468130A1 (en) | 1979-10-23 | 1979-10-23 | Mains isolation fault detector - has rectifier bridge and circuit activating relay connected to light emitting diode when leakage exceeds threshold |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR7926240AGrantedFR2468130A1 (en) | 1979-10-23 | 1979-10-23 | Mains isolation fault detector - has rectifier bridge and circuit activating relay connected to light emitting diode when leakage exceeds threshold |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ER | Errata listed in the french official journal (bopi) | Free format text:23/81 | |
| ST | Notification of lapse |