CH619569A5 - - Google Patents

Description

L'invention concerne un procédé pour détecter des courants L'invention a également pour objet un circuit de détection de défaut d'une ligne d'alimentation en énergie électrique con- pour la mise en œuvre de ce procédé, défini dans la revendica-formément au préambule de la revendication 1. Elle se rapporte tion 4.

3

619 569

L'avantage de ce circuit résulte d'une part de la complexité raisonnable due au non-emploi de temporisations quelconques et d'autre part de la stabilité du système du point de vue dynamique.

Le dessin représente schématiquement et à titre d'exemple s une forme d'exécution du circuit selon l'invention mettant en œuvre le procédé selon l'invention.

La fig. 1 est un schéma-bloc de principe du circuit de détection.

La fig. 2 est un diagramme du signal d'entrée, du signal m formé dans le suiveur-intégrateur, du signal AI tel que formé dans le sommateur et du signal AI provoquant le déclenchement des moyens d'interruption du courant, dans des cas pouvant arriver dans la pratique.

Le circuit de détection est représenté à la fig. 1 ; il concerne i s le cas d'un réseau en courant continu. Le sens de l'information est marqué par des flèches. Un shunt 2 est placé dans une ligne électrique 1 d'alimentation. La tension obtenue à l'aide du shunt

I est proportionnelle au courant de la ligne. La tension est appliquée à un convertisseur 3 qui dans le cas présent est du 20 type continu-continu et qui découple galvaniquement et amplifie la tension. Si l'électronique formant le circuit de détection à décrire travaille au potentiel du shunt, il va de soi qu'on n'utilise pas de convertisseur. Le signal I traverse ensuite un filtre 4 qui dans l'exemple choisi est un filtre passe-bas de 20 Hz. Ainsi, 25 sans perdre l'information l'on résoud les problèmes d'ondulation dus à des redresseurs éventuels (non représentés). Le signal issu du filtre 4 est appliqué à l'élément central du circuit constitué par un intégrateur-suiveur 5 comportant un dispositif de blocage 5' et un dispositif de rattrapage 5". Les caractéristi- 30 ques de l'intégrateur-suiveur sont les suivantes:

— Poursuite lente du signal à la montée: Lorsqu'on a, par exemple, une lente augmentation de la charge, l'intégrateur peut suivre cette augmentation.

— Poursuite rapide à la descente: Si la charge s'interrompt 35 brusquement, l'intégrateur redescend rapidement, il est prêt à mesurer un nouvel accroissement.

— Blocage de la poursuite: Avec un ordre extérieur, on peut bloquer l'intégrateur. On mémorise ainsi une tension (signal analogique). 40

— Rattrapage: Par un ordre extérieur venant après l'ordre de blocage, on peut provoquer un rattrapage rapide vers le haut de manière à ce que la sortie soit de nouveau identique à l'entrée. Il s'agit donc de la mémoire analogique du système, permettant de conserver le niveau du courant avant que le 45 phénomène d'accroissement ne se produise, pour pouvoir ensuite mesurer cet accroissement.

Telle que le montre la fig. 1, la sortie de l'intégrateur-suiveur 5 est, contrairement à l'entrée, de polarité inversée.

Dans un sommateur 6 on fait la somme de la valeur du signal T 50 venant de l'intégrateur-suiveur 5 et de la valeur du signal instantané 7 appliqué à l'entrée de l'intégrateur-suiveur. On obtient ainsi un signal ayant la valeur AI. Ce signal passe par un comparateur 9 appelé par la suite détecteur de seuil AI dont le fonctionnement est le suivant: 55

Lorsque la valeur AI dépasse un seuil ajustable d'un faible niveau, le comparateur 9 donne à sa sortie un signal logique 10.

II s'agit d'un signal tout ou rien. Il est utilisé pour activer le dispositif de blocage 5 ' et empêcher la tension de sortie 7 ' de 60 l'intégrateur-suiveur 5 de suivre la tension d'entrée 7. Ce signal est également utilisé comme détecteur de début d'augmentation lorsque le signal d'entrée 7 augmente plus rapidement que l'intégrateur-suiveur ne peut monter. Aussitôt que l'écart des signaux entre l'entrée et la sortie de l'intégrateur-suiveur atteint 65 le niveau du seuil, le comparateur 9 de seuil provoque le blocage voire la mémorisation de la valeur du signal de sortie 7' comme valeur de référence.

A la sortie du filtre 4, le signal 7 est également appliqué à un détecteur de fin d'accroissement 11. C'est un dispositif de mesure de pente avec différentiateur et un comparateur ajustable fournissant un signal 12 tout ou rien. Ce dispositif 11 est très précis et très stable, car la pente du signal I en fin d'accroissement est presque nulle. Grâce à ce détecteur on peut mesurer le point d'accroissement nul d'un signal donné et lorsqu'on a obtenu cette valeur, le détecteur donne l'ordre de ramener immédiatement la valeur du signal de sortie 7' à la valeur de signal d'entrée 7 ; le circuit étant alors prêt à mesurer l'accroissement suivant.

On jouit ainsi de l'avantage énorme de pouvoir mesurer individuellement chaque accroissement et de mesurer avec précision la valeur maximale du AI de chaque accroissement. Issu de la fonction ET 13, à laquelle sont appliqués les signaux logiques 10 et 12, le signal 14 donne l'ordre de rattrapage à la partie correspondante 5" de l'intégrateur-suiveur 5.

Le circuit de détection se termine par un détecteur 15 dit détecteur AI qui est simplement un comparateur donnant un signal 16 tout ou rien, lorsque la valeur de référence est atteinte ou dépassée. Cette référence est affichée au moyen d'un potentiomètre 17. La sortie fournit une impulsion au système ver-rouillable qui pilote le relais de commande du disjoncteur non représenté.

Le procédé qui est mis en œuvre par le circuit de détection décrit ci-dessus et notamment par les moyens 5,9 et 11 est décrit à partir des diagrammes représentés à la fig. 2. Dans les 4 diagrammes, les valeurs I, I (5) AI, AI (15) = f (T) sont des tensions représentatives du courant dans la ligne. Il ne s'agit pas d'un exemple réel tiré de la pratique, mais simplement d'une visualisation des différentes fonctions décrites ci-dessus.

Il est expressément indiqué que le temps T porté en abscisse des diagrammes ne sert qu'à la démonstration du déroulement du procédé selon l'invention, et que les intervalles de temps représentés ne sont pas dus à l'application de temporisations quelconques.

Le procédé de détection fonctionne de la façon suivante:

TO: Dans l'exemple montré le courant est nul, donc le signal I, y relatif, a une valeur 0. La fonction serait la même s'il y avait déjà une charge de fond à l'instant TO. En outre le signal représenté correspond au signal 7 de la fig. 1, c'est-à-dire que le signal est amplifié et filtré.

TI : Diagr. I: Début de l'accroissement d'une charge provenant d'un défaut, par exemple du fait d'un court-circuit dans le réseau.

Diagr. I (5): L'intégrateur-suiveur 5 commence à monter lentement.

Diagr. AI: L'accroissement du signal I étant beaucoup plus rapide que la montée du suiveur, on obtient une différence AI qui dépasse le «seuil AI» 18 ajustable à l'instant T1 '.

T1 ' : Diagr. 1(5): Le passage du «seuil AI» 18 provoque le blocage de l'intégrateur-suiveur 5 ; on obtient un signal mémorisé à partir de Tl'.

Tl' à T2: Diagr. AI: Le niveau «détection AI» 19 est dépassé par le signal AI.

Diagr. AI (15): Ceci provoque un basculement de la sortie 16 du détecteur AI (15) (fig. 1). En pratique, il y a normalement déclenchement des moyens de rupture de la puissance et retour de courant à 0 (cas non représenté). A titre d'exemple le circuit de détection fonctionne à blanc; c'est-à-dire il n'agit pas sur l'élément de déclenchement. T2 : Diagr. I: Point de fin d'accroissement du courant,

voire du signal I.

Diagr. 1(5): Ordre de rattrapage

T2 à T2': Diagr. I (5): Le rattrapage est effectué dans un délai de temps ne dépassant pas 10 ms. On choisit de préférence 2 ms, ce qui permet de détecter les accroissements brusques dus à des courants de défaut. En fait la pratique montre, que la pente initiale de tels courants de défaut est plus raide que celle du rattrapage choisi. Il va de soi que la valeur indiquée (2 ms) correspond à une certaine amplitude, dans le cas présent à une amplitude relative à un accroissement du courant de 2000 A.

Diagr. AI: Le signal AI étant la différence (somme) du signal précédent l'accroissement et du signal instantané, il retombe à 0 lorsque le rattrapage est effectué. Ce faisant il repasse le seuil 19.

Diagr. AI (15): Le détecteur AI (15) est remis à 0.

T2': Lorsqu'on atteint le «seuil AI» 18, le rattrapage est arrêté. Pour obtenir un AI=0, la fin du rattrapage se fait par le dispositif de montée lente de l'intégrateur-suiveur 5 ; ceci assure la stabilité du circuit.

T2 ' à T3 : Le dispositif est en attente comme entre T0 et Tl, mais avec une charge de fond plus élevée.

T3 à T4: Diminution rapide de la charge. L'intégrateur-suiveur 5 suit fidèlement la diminution; d'où pas de signal AI.

T4 à T5: Position d'attente, autre charge de fond.

T5 à T6: Lente augmentation de la charge. L'intégrateur-suiveur 5 suit l'augmentation par son dispositif de montée lente ; d'où pas de signal AI.

T6: Début d'accroissement de la charge causé par un signal d'exploitation normale.

T7: Fin d'accroissement du signal I.

T6 à T7 ' : La procédure de blocage et celle de rattrapage sont les mêmes que celle suivant le signal de défaut à la période Tl ; la première n'étant pas représentée s dans le diagr. I (5).

Diagr. AL: Le niveau «détection AI» 19 n'est pas atteint.

T7': Début d'accroissement causé par un second signal d'exploitation normale.

io T7' à T8': Même processus qu'entre T6 et T7'. Bien que l'accroissement global du signal I entre T5 et T8 soit plus important que l'accroissement entre TI et T2, le - niveau «détection AI» 19 n'est pas atteint; il n'y a pas ordre de déclenchement. Les accroissements î s successifs des signaux en T6 et T7 ' sont provoqués en pratique du fait d'une montée par paliers par exemple lors du démarrage d'une motrice ou d'une rame composée de plusieurs motrices.

T8' à T9: Le signal I retombe rapidement à 0, l'intégrateur-20 suiveur 5 suit fidèlement, pas de signal AI, même situation qu'entre T3 et T4.

Evidemment l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et dessiné. Ne sort pas de son cadre par 25 exemple un signal I provenant d'un shunt existant non pas sur le départ d'une ligne d'alimentation mais sur le retour, comme dans le cas des réseaux type RATP. Le procédé et le circuit de détection selon l'invention sont également appliquables dans des réseaux à courant alternatif; il suffit alors de redresser le 30 signal issu du shunt.

C

2 feuilles dessins

Claims (11)

1. 619 569

   2

   REVENDICATIONS en outre à un circuit de détection pour la mise en œuvre du

   1. Procédé pour détecter des courants de défaut d'une ligne procédé.

   d'alimentation en énergie électrique, caractérisé par les opéra- L'invention est particulièrement applicable dans le domaine tions suivantes: de la traction, notamment sur les réseaux électriques à courant a) production permanente d'un signal d'intensité de courant 5 continu ou alternatif de chemin de fer, tramway, trolleybus, continu correspondant à l'intensité de courant dans la ligne transport sous-terrain etc.

   d'alimentation et filtrage dudit signal ; Il est établi («la détection des courts-circuits éloignés sur les b) détection d'un accroissement du signal d'intensité de réseaux de traction électrique à courants continus et alternatifs» courant continu, se produisant à une vitesse supérieure à une par M.P. Branchu, Revue générale de l'électricité, tome 58, valeur prédéterminée; 10 mars 1949, page 103 et suivantes) que la protection indispensa-

   c) mémorisation de la valeur que le signal d'intensité de - ble de la ligne électrique contre les accidents résultant de courant continu avait au début de l'accroissement, par suite de .. courants de défaut tels que de courts-circuits est assurée par des ladite détection ; moyens d-'interruption de courant tels que des disjoncteurs à

   d) maintien en mémoire de ladite valeur uniquement pen- action ultra-rapide dans le cas, où l'intensité du courant devient dant l'accroissement du signal après quoi il se produit un rattra- 15 supérieur à une valeur prédéterminée. Mais un tel procédé n'est page du signal ; pas applicable lorsque l'intensité maximale admissible en régime e) établissement de la différence entre la valeur instantanée normal dépasse l'intensité causée par un court-circuit limité. Il du signal d'intensité de courant continu et ladite valeur mémo- en est ainsi par exemple dans un réseau de transport sous-risée; terrain où les intensités dues à l'exploitation normale peuvent f) comparaison de ladite différence avec une valeur de 20 être plus de 10 fois plus élevées que les intensités dues à des référence prédéterminée, afin de déterminer s'il doit y avoir défauts que l'on désire détecter. Dans ce cas, un tel court-circuit déclenchement ou non de moyens d'interruption de courant. n'étant pas décelé, des détériorations et des accidents peuvent se
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produire.

   rattrapage se fait dans un temps ne dépassant pas 10 ms. ^ ^ On sait en outre qu'un procédé semblable à celui précité
3. 3. Procédé selon 1 une des revendications 1 et 2, caractérisé 25 s'appUje sur ]a détection des courants de défaut pour asservir les en ce que la valeur mémorisée est libérée pour une poursuite du moyens de protection. Cela implique l'analyse de la forme de signal instantané d intensité de courant continu lors d une dimi- l'accroissement du courant en utilisant une méthode dite de nution de ce dernier. ^ ^ protection par AI. Pour pouvoir mesurer un AI il faut mémoriser
4. 4. Circuit de détection pour la mise en œuvre du procédé je sjgnaj d'entrée avant le phénomène d'accroissement et le selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comporte des 30 comparer avec ie signal d'entrée après le phénomène d'accrois-moyens (2,3) produisant en permanence un signal d'intensité de sement courant continu correspondant à l'intensité du courant dans la . > u .. r . .
5. ,. ,, ,. . .. s a\ * • 1 ■ ^ Apres cette comparaison il faut que la memoire «rattrape»

   ligne d alimentation, un filtre (4) filtrant ce signal, un integra- . . , ^ , , TT ... , .... ,

   ® . /.. . ' ^ x.. j : . le signal d entree instantané. Une solution possible et utihsee teur-suiveur (5) qui effectue soit la poursuite du signal d inten- , , AT • - . , , . . ,, . ,

   , \ *• 1 j, • ^ pour la mesure de AI consiste a retarder le signal d entree par un site de courant continu lors d un accroissement a une vitesse 35 K., . r 0 _ .

   . , ,, /ir,s , , element electro-mecamque tel qu un transformateur-amortis-

   mferieure a une valeur predetermmee, soit le blocage (5 ) de la ,,, ?. . . n ^ . ,,

   , , r. .. , , , , . , j,. ' seur ou par un element electrique tel qu un circuit muni d un poursuite pour la mémorisation de la valeur du signala mtensite %, T ^ , . , j, ^ t . .

   A f .. .... . .. ,, ° . - filtre en T. Le rattrapage du signal d entree se fait exponentiel-

   de courant continu predetermmee, et lors d un accroissement a . ^ - , ,
6. .. . . ., ... . , „ , , lement, ce qui presente 1 inconvénient de fausser la valemmo vitesse suerieure a ladite valeur le rattrapage (5 ) du signal , ' *T . ... » . „ .
7. , . .. , j, recherchee AI. En fait le rattrapage commence a se faire des le d mtensite de courant continu lorsqu il cesse d accroître, un 40 ^ , „ . . . r ° ^ , . , .
8. .. . , „ . , ^11 début de raccroissement du signal, avant que ce dernier n aît sommateur (6) permettant de faire la différence entre la valeur ^ ^ .. . ^ L „ , ,,, ,,

   . » » - j • , ^ , , atteint sa nouvelle valeur etabhe. Cette solution est défavorable instantanée du signal d mtensite de courant continu et la valeur ., , ^ , ,, . . , .
9. , . , . .j -, . a la detection des signaux éloignés, puisque ces derniers ont un du signal sortant de 1 integrateur-suiveur, un comparateur (9) . ^ I- . . , , . .

   ^ *. a j--. ^ -, , r ' accroissement également exponentiel et plus lent que des permettant de detecter si ladite différence depasse un seuil . r- T, , - , ^ ,

   . r ... signaux rapproches. Il s en suit que la constante de temps du ajustable et fournissant al integrateur-suiveur un premier signal 45 ° x n .. , , r j
10. , . ,, , b , , ,, , a 0 systeme doit etre très grande pour garantir le bon fonctionne-

    logique (10) permettant de commander le blocage de la pour- J _ , ^ ,ö ,./ a,, , . , .

    t j r- j, • ^0 f. ment; le systeme est donc défavorable dans le cas de signaux suite, un detecteur de find accroissement (11) mesurant la / _ . , ,, , , . . ^ .f

    . ^ . . , . ,. . superposes. On risque des déclenchements intempestifs.

    pente d accroissement et fournissant un second signal logique r r n r

    (12), une porte ET (13) recevant le premier et le second signal Le but de la présente invention est de remédier aux inconve-

    logique et fournissant un signal de commande de rattrapage (14)so nients précités et de fournir un procédé qui permet de détecter

    à l'intégrateur-suiveur ainsi qu'un détecteur (15) permettant de des courants de défaut d'une ligne électrique à partir des points comparer ladite différence à un niveau de référence et fournis- d'alimentation de la ligne, et d'ordonner l'ouverture des moyens sant une impulsion (16) de déclenchement de moyens d'inter- d'interruption de courants tout en restant insensible aux autres ruption de courant. formes des courants de l'exploitation normale.
11. 5. Circuit de détection selon la revendication 4, caractérisé 55 Conformément à l'invention ce but est atteint par les opéra-en ce que les moyens produisant en permanence le signal tions indiquées dans la revendication 1.

    d'intensité de courant continu comprennent un convertisseur (3)

    continu-continu qui découple galvaniquement et amplifie la L'avantage dè ce procédé consiste en ce que le rattrapage a tension produite par un shunt (2) inséré dans la ligne d'alimen- üeu aussitôt que la plus grande valeur AI est atteinte. Il est ainsi tation (1), ladite tension correspondant à l'intensité de courant 60 possible de mesurer individuellement chaque accroissement dans la ligne. brusque qui se produit. On a donc la protection optimale possible dans ce genre de détection contre des défauts qui se suivent à courts intervalles.

    Le rattrapage du signal instantané est bloqué de préférence

    65 au moment où d'autres accroissements brusques surgissent.