BE1018253A3 - Dispositif de protection contre les effets de defauts de maillage dans les reseaux moyenne tension. - Google Patents

Abstract

Le dispositif de protection est destiné à être installé dans des départs de postes de distribution moyenne tension. Il est caractérisé en ce qu'il assure une surveillance automatisée d'éventuels défauts de maillage par des moyens (3,4) agencés pour produire un signal significatif de la présence ou de l'absence de tension sur un conducteur de phase (30) en aval d'un contacteur (1), et en ce que ledit signal est acheminé à un système de contrôle (2) permettant d'inhiber ou d'autoriser la fermeture dudit contacteur.

Description

Dispositif de protection contre les effets de défauts de maillage dans les réseaux moyenne tension L’invention concerne un dispositif de surveillance automatisée de défauts de maillage dans les réseaux moyenne tension, tels les réseaux HTI (Haute Tension Intermédiaire, de 3,2 à 5,5 kV) pour l'éclairage public, encore appelés réseaux HT.EP (Haute Tension Eclairage Public, norme NFC 17200). En complément de la surveillance des éventuels défauts de maillage de tels réseaux, l'invention permet de limiter les dommages consécutifs pouvant survenir. Il convient de rappeler que les réseaux HTI sont économiquement justifiés lorsque il faut fournir une puissance électrique importante sur des espaces étendus entre l’utilisation et la livraison de l’énergie par le distributeur. Il en est ainsi pour de nombreuses catégories d’éclairage public, mais aussi pour d’autres usages et notamment pour des sites industriels où l’absence de réseau basse tension BTA nécessite la construction d’un réseau de distribution créé spécialement.

Tout réseau HTI est électriquement isolé des réseaux basse tension BTA qu’il alimente en énergie par l’intermédiaire de transformateurs HTI/BTA. L’impédance d’un réseau HTI est donc très élevée, de l’ordre du ΜΩ, contrairement à celle d’un réseau BTA comprenant des appareils dissipateurs de courant tels des candélabres. Il va de soi qu’un défaut de maillage sur un réseau HTI peut induire des problèmes de sécurité sur le réseau basse tension associé. En ce sens, les fonctions assurées par le dispositif objet de l’invention n’intéressent pas uniquement la protection du réseau HTI.

De façon générale, un réseau HTI comprend plusieurs postes de distribution répartis sur le réseau, chaque poste alimentant plusieurs départs, un départ consistant classiquement en une conduite de réseau alimentée par une cellule du poste et pouvant se ramifier en plusieurs branches. Ces branches peuvent mener à des terminaisons du réseau ou au contraire interconnecter des conduites parallèles, permettant de réaliser un maillage du réseau. Les branches d'interconnexion assurant ce maillage comprennent en général chacune au moins une boîte de coupure, c'est à dire une boîte renfermant un agencement de raccords de connexion ayant pour chaque phase une fonction de sectionneur, et pouvant être installée le long d'une branche ou à un nœud de ramification comme boîte de dérivation. Lesdits raccords sont en général arrangés manuellement. Des conduites parallèles ne doivent pas être interconnectées en période de fonctionnement normal, c'est à dire lorsqu'elles sont alimentées par des départs différents. Les boîtes de coupure d'une branche d'interconnexion sont donc normalement en position ouverte. Il faut noter que les branches du réseau n'ayant aucun rôle dans l'interconnexion de maillage peuvent aussi comporter des boîtes de coupure, lesquelles sont en position fermée en période de fonctionnement normal, et en position ouverte autour d'un défaut si ce dernier doit être isolé. Le maillage d'un réseau présente un intérêt certain en cas de dysfonctionnement d’une zone du réseau, quelle qu'en soit la cause. En effet, une fois le défaut identifié et localisé, l'exploitant du réseau cherche à réalimenter au plus vite le réseau de part et d'autre de ce défaut afin de limiter au maximum l'étendue du dysfonctionnement pour l'utilisateur final. Le défaut localisé est alors isolé du reste du réseau par l'ouverture des boîtes de coupure qui l'entourent. La partie amont est à nouveau alimentée par le départ de la conduite, et l'arborescence en aval est réalimentée par une autre conduite du réseau, en fermant une ou plusieurs boîtes de coupure d'interconnexion des conduites. Après réparation du défaut, les raccords de connexion des boîtes de coupure doivent être remis dans leur agencement d'origine pour que le réseau puisse être rétabli dans une configuration normale.

On appelle défaut de maillage une mauvaise configuration de l'agencement des raccords de connexion des boîtes de coupure après une intervention sur le réseau telle que mentionnée précédemment. En particulier, un raccord de connexion peut être laissé dans une position fermée phase à phase, alors qu'il devrait être en position ouverte. Lors de l'agencement desdits raccords, il arrive aussi que l'opérateur fasse sans s'en apercevoir une mauvaise connexion et aboutisse à une inversion de phase. En effet, ces raccords ne sont pas encore normalisés et les dispositifs possédant un détrompeur pour éviter l'inversion de phase sont rares.

Dans les réseaux de distribution de l'état de la technique, une boîte de coupure oubliée dans une configuration fermée peut ensuite provoquer un court-circuit au niveau du réseau en amont de la boîte. En outre, le personnel de maintenance chargé d'intervenir sur une partie du réseau HTI (ou éventuellement sur une partie du réseau BT A associée) censée être isolée du reste du réseau sous tension s'expose à un risque d'électrocution. Concernant un éventuel court-circuit, celui-ci est de nature différente selon qu'un raccord de connexion est laissé phase à phase ou est mal repositionné en inversion de phase. Si la connexion reste en phase à phase, les opérations de maintenance d'un départ suite à l'isolement d'un défaut peuvent aboutir à un court circuit par les sectionneurs de mise à la terre d'une cellule du départ. Si la connexion est positionnée en inversion de phase, il se produit au réenclenchement des départs qui ont été isolés un court-circuit instantané entre deux phases du transformateur HTI alimentant le réseau. En effet, deux conduites censées être isolées sont en fait reliées en inversion de phase par la boîte de coupure, permettant au courant issu d'une phase du transformateur HTI de revenir en boucle sur une autre phase. Il convient de préciser que le réenclenchement d'un départ de réseau est le plus souvent effectué automatiquement dès que la lumière du jour devient insuffisante, grâce à un capteur de luminosité relié au relais commandant la fermeture du contacteur de la cellule, toute cellule comprenant généralement un contacteur multipolaire assurant une fonction d'interrupteur simultanément pour chaque phase. Le réenclenchement peut aussi être effectué manuellement par un opérateur, typiquement suite à une opération de maintenance. Afin de détecter visuellement un défaut de maillage avant un réenclenchement manuel, il est connu d'utiliser pour chaque départ des voyants de présence de tension en aval du contacteur. Il est couramment utilisé un voyant par phase, relié à cette phase par l'intermédiaire d'un diviseur capacitif. Si un voyant est allumé alors que le contacteur est encore ouvert, cela indique la présence d'une tension en aval et donc le fait qu'une boîte de coupure a été laissée en position fermée.

Dans les dispositifs existants, la détection d'un éventuel défaut de maillage préalablement à la fermeture du contacteur ne peut se faire qu'en présence d'un opérateur vigilant qui interdira cette fermeture s'il constate un voyant de présence de tension allumé. En l'absence d'opérateur, le réenclenchement automatique d'un départ peut avoir des conséquences dommageables en cas de défaut de maillage, comme mentionné précédemment.

L'invention procure un dispositif fiable et économique de surveillance automatisée d'éventuels défauts de maillage d'un réseau et de protection contre leurs conséquences. La généralisation de dispositifs de protection selon l'invention permettra de limiter les dommages aux réseaux suite à des défauts de maillage.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection dans les réseaux moyenne tension, destiné à être installé au niveau de départs de postes de distribution, caractérisé en ce qu'il assure une surveillance automatisée d'éventuels défauts de maillage par des moyens agencés pour produire un signal significatif de la présence ou de l'absence de tension sur un conducteur de phase en aval d'un contacteur, et en ce que ledit signal est acheminé à un système de contrôle permettant d'inhiber ou d'autoriser la fermeture dudit contacteur.

Dans un mode de réalisation selon l’invention, lesdits moyens comprennent au moins un système diviseur de tension chacun relié à un conducteur de phase en aval d'un contacteur. Il peut être avantageux que le facteur de réduction de ce système diviseur soit compris entre 30 et 60.

Dans un mode de réalisation selon l’invention, un système diviseur de tension est un pont diviseur RC utilisant au moins une résistance reliée à un conducteur de phase, au moins un condensateur étant placé entre ladite résistance et la terre.

Dans un mode de réalisation selon l’invention, la tension obtenue à la sortie du système diviseur est acheminée à un appareil comparateur qui renvoie au système de contrôle un code de présence de tension en fonction de la mesure de cette tension par rapport à un seuil déterminé, ledit code étant positif si ladite mesure est supérieure audit seuil et égal à zéro si ladite mesure est inférieure audit seuil. Dans une variante de réalisation de ce mode, un code de présence de tension positif déclenche automatiquement une protection interdisant la fermeture du contacteur. En option, un tel code de présence de tension positif déclenche automatiquement une protection interdisant la mise à la terre des conducteurs de phase.

Dans un mode de réalisation selon l’invention, la sortie d'un pont diviseur de tension est connectée à un appareil générateur de basse tension continue lorsque le réseau n'est plus en période de fonctionnement.

L’invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en rapport avec les figures ci dessous.

La figure 1 est une représentation très schématique de deux départs de réseau HTI triphasé, alimentés chacun par une cellule incorporant un dispositif de protection selon l'invention.

La figure 2 est une représentation partielle très schématique d'une cellule à contrôle commande numérique incorporant un dispositif de protection selon l'invention associé à un dispositif de surveillance d'arrachement de câble.

Sur la figure 1 sont représentés deux départs HTI alimentés chacun par une cellule, en l'occurrence une cellule à contrôle commande numérique, les deux cellules identiques référencées Cl et C2 étant elles mêmes alimentées par un jeu de barres 25 les surmontant. Seul le circuit concernant la phase Φ1 est représenté dans les cellules Cl et C2, et les éléments constituant une cellule ne sont représentés que pour cette phase Φ1. Les arrivées des phases Φ2 et Φ3 à partir du jeu de barres vers un sectionneur multipolaire 9 sont représentées en pointillés dans la cellule Cl. Chaque cellule comporte un contacteur 1 associé à un relais numérique de protection par une liaison de commande 1', 'le relais en lui même n'étant pas représenté car intégré dans un module 2 de contrôle commande numérique (CCN) dans un mode préféré de réalisation. Ce relais est relié par le module 2 à un capteur de courant 5, l’ensemble permettant d’assurer une protection notamment contre les surintensités. Dans un mode préféré de réalisation, une cellule à contrôle commande numérique comporte un seul module 2 (CCN) pilotant notamment les relais numériques au nombre de trois pour un réseau triphasé. Le module 2 est relié à un module unité centrale (CPU) non représenté, permettant de piloter les fonctions de protection assurées par le dispositif. Sont représentés divers éléments optionnels comme le tore de protection homopolaire 6, les fusibles 7 et les sectionneurs de mise à la terre 8. Avantageusement, pour des raisons de sécurité en cas de maintenance dans une cellule, un mécanisme 18 de coordination de commutation fait passer les sectionneurs 8 de mise à la terre en position fermée quand le sectionneur d’arrivée 9 passe en position ouverte.

Un dispositif de protection selon l’invention est, dans un mode préféré de réalisation, intégré aux cellules de contrôle commande numérique. Il comprend un système diviseur de tension 3, par exemple constitué d’un pont diviseur de type RC, mais pouvant aussi consister en un pont diviseur uniquement capacitif ou en un transformateur de tension inductif (à bobinages). Avantageusement, un seul système diviseur de tension est installé par cellule sur une seule phase, pour des raisons exposées plus loin. Toutefois, il est entendu que trois systèmes diviseurs (un par phase) peuvent être utilisés, sans autre inconvénient que la multiplication du coût de l’ensemble. Un système diviseur de tension 3 renvoie en sortie une tension réduite Uc, qui est une image de la tension d’entrée réduite d’un certain facteur compris par exemple entre 30 et 60. Le dispositif de protection comprend en outre un comparateur de tension 4 relié à la sortie du diviseur de tension, ayant pour fonction de comparer la tension réduite Uc à un seuil S déterminé pour transmettre le résultat au module 2. Ce seuil S peut être fixé par l’exploitant du réseau et sert à discriminer d’éventuelles tensions parasites non dangereuses pouvant survenir sur une conduite HTI isolée. Il est typiquement inférieur à IV si le facteur de réduction du système diviseur de tension est supérieur ou égal à 50 . Dans ce cas, une tension réduite Uc égale à IV signifie la présence d’une tension sur une phase typiquement de l’ordre d’une cinquantaine de Volts, c’est à dire pouvant s'avérer dangereuse (le seuil maximal de sécurité généralement admis est égal à 50V). Le comparateur 4 est représenté distinct du module 2, mais peut être intégré à ce dernier dans un mode préféré de réalisation.

En fonction du résultat transmis au module 2, celui-ci peut envoyer des ordres à certains éléments du dispositif.

Sur la figure 1, les deux conduites HTI triphasées en sortie des cellules Cl et C2 sont représentées de façon schématique, chacune comportant un conducteurs pour chaque phase Φ1, Φ2 et Φ3. Chaque conducteur de phase (30) est bouclé avec chacun des deux autres grâce aux bobinages primaires Bl, B2 et B3 des transformateurs 13 HTI/BTA présents sur la conduite pour l'alimentation basse tension des dispositifs d'éclairage public. Chaque conduite peut se prolonger en une arborescence de conduites en aval, grâce à des boîtes de dérivation 11. D'autres transformateurs HTI/BTA non représentés sur la figure sont installés sur les conduites en aval de ces boîtes 11. Des conduites issues de départs différents peuvent être reliées entre elles par des branches d'interconnexion 12 assurant le maillage du réseau et comprenant en général chacune au moins une boîte de coupure 10 comportant des raccords de connexion internes.

En cas d'incident sur le réseau, par exemple un courant de défaut homopolaire 17 sur une phase en amont d'une boîte 14 de coupure de conduite, le contacteur de la cellule C2 du départ amont est ouvert pendant la période d'intervention sur le défaut et les opérations de maintenance qui suivent dans la cellule. La boîte 14 de coupure de conduite, faisant ici office de sectionneur tripolaire, est commutée en position ouverte. La partie aval de cette conduite est donc isolée du départ, et est réalimentée par une conduite de réseau voisine, ici la conduite partant de la cellule Cl, grâce à une boîte de coupure 10 d'interconnexion dont les raccords de connexion sont positionnés en position fermée 15. Une fois la réparation effectuée, et avant le réenclenchement du départ, les boîtes de coupure 10 d'interconnexion doivent normalement toutes être remises en configuration ouverte. Si un raccord de connexion a été oublié en position fermée, la tension HTI d'une phase de la conduite voisine est communiquée à une phase de la conduite censée être isolée du réseau.

Sur la figure, la tension de la phase Φ2 de la conduite Cl est communiquée à la même phase Φ2 de la conduite C2 dans le cas d'un raccord laissé par erreur en position phase à phase 15. Cette tension se répercute sur les autres phases Φ1 et Φ3 de cette conduite par l'intermédiaire des bobinages primaires des transformateurs 13 HTI/BTA. Dans la cellule C2, le dispositif de protection selon l'invention utilise un système diviseur de tension 3 connecté dans le cas présent à la phase Φ1, lequel voit à son entrée sensiblement la même tension que celle affectant les phases Φ2 et Φ3. De manière générale, quelle que soit la phase sur laquelle est connecté le système diviseur 3, ce dernier voit à son entrée toute tension accidentelle due à un mauvais positionnement d'un raccord de connexion dans une boîte de coupure 10. La présence d'une tension détectée par le dispositif de surveillance implique dans le cas présent que le module 2 de la cellule C2 reçoit du comparateur 4 une information positive dès que la boite de coupure 14 est fermée. Cette information peut être utilisée par le module 2 pour les deux types de protection suivantes.

- Dans le cas d'un raccord de connexion oublié en position 16 d'inversion de phase, le système de réenclenchement automatique du départ va commander la fermeture du contacteur de la cellule. Ceux-ci resteront néanmoins ouverts, grâce à l'interdiction de fermeture transmise aux relais par le module 2, évitant un court-circuit par inversion de phase sur le transformateur en amont du jeu de barres. Cette protection est aussi active si un opérateur chargé du réenclenchement manuel n'a pas remarqué la présence d'une tension. En outre, un tel dispositif de protection peut permettre de contrôler à distance l'enclenchement de plusieurs départs d'un poste de distribution en toute sécurité.

- Un deuxième type de protection peut être géré par le module d'une cellule pour une sécurité maximale en cas de maintenance de cette cellule. Généralement, lorsqu'un opérateur est chargé d'intervenir sur la cellule avant le réenclenchement d'un départ, il doit d'abord vérifier l’absence de tension sur les voyants et obligatoirement faire commuter le sectionneur d'arrivée 9 en position ouverte pour pouvoir ouvrir la cellule. Dans un mode préféré de réalisation selon l'invention, le module 2 est relié à la logique de commande dudit sectionneur 9 par une liaison 19. En supposant que l'opérateur n'ait pas remarqué sur un voyant la présence d'une tension et qu'il commande l’ouverture du sectionneur d'arrivée 9, le module 2 envoie un ordre pour interdire la commutation des sectionneurs 9 et 8. Si ce dispositif de sécurité n'est pas installé, la commande d'ouverture du sectionneur d'arrivée 9 entraîne la mise à la terre des sectionneurs 8, ce qui provoque un court-circuit à la terre.

Sur la figure 2 est représenté un mode préféré de réalisation selon l'invention, dans lequel le système diviseur de tension 3 utilisé est un pont RC dont la sortie peut être connectée par une commutation de type électronique ou mécanique 20, alternativement à un appareil 4 comparateur de tension décrit précédemment ou à un appareil générateur de basse tension 21. Ce mode de réalisation préféré peut ainsi être utilisé dans le cadre d'un dispositif global de surveillance et de protection de réseau, incluant une fonction de surveillance diurne d'arrachement de câble lorsque le réseau est hors tension, à partir de la mesure de sa résistance par l'application d'une basse tension continue Ug.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection dans les réseaux moyenne tension, destiné à être installé au niveau de départs de postes de distribution, caractérisé en ce qu'il assure une surveillance automatisée d'éventuels défauts de maillage par des moyens (3, 4) agencés pour produire un signal significatif de la présence ou de l'absence de tension sur un conducteur de phase (30) en aval d'un contacteur (1), et en ce que ledit signal est acheminé à un système de contrôle (2) permettant d'inhiber ou d'autoriser la fermeture dudit contacteur.
2. 2/ Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens comprennent par départ de poste au moins un système diviseur de tension (3) relié à un conducteur de phase (30) en aval d'un contacteur (1).
3. 3/ Dispositif selon la revendication 2 dans lequel un système diviseur (3) est un pont diviseur RC utilisant au moins une résistance (R) reliée à un conducteur de phase (30), au moins un condensateur (C) étant placé entre ladite résistance et la terre.
4. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3 dans lequel la tension obtenue à la sortie d'un système diviseur (3) est acheminée à un appareil comparateur (4) qui renvoie un code de présence de tension au système de contrôle (2) en fonction de la mesure de cette tension par rapport à un seuil déterminé, ledit code étant positif si ladite mesure est supérieure audit seuil et égal à zéro si ladite mesure est inférieure audit seuil.
5. 5/ Dispositif selon la revendication 4 dans lequel ledit système de contrôle (2) est un module de contrôle commande numérique relié au contacteur (1).
6. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5 dans lequel un code de présence de tension positif déclenche automatiquement une protection interdisant la fermeture du contacteur (1) ou la mise à la terre des conducteurs de phase (30).
7. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6 dans lequel un système diviseur de tension (3) permet une réduction d'un facteur compris entre 30 et 60.
8. 8/ Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7 dans lequel la sortie d'un système diviseur de tension (3) est connectée à un appareil générateur de basse tension (21) lorsque le réseau n'est plus en période de fonctionnement.
9. 9/ Dispositif selon les revendications 4 et 8 dans lequel la connexion à un appareil générateur de basse tension (21) est autorisée uniquement si le code de présence de tension renvoyé par l'appareil comparateur (4) est égal à zéro.