EP2577702A1 - Dispositif de commande d'une pluralite d'appareils de coupure de courant via des moteurs electriques - Google Patents

Dispositif de commande d'une pluralite d'appareils de coupure de courant via des moteurs electriques

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Publication number
EP2577702A1
EP2577702A1 EP11721548.3A EP11721548A EP2577702A1 EP 2577702 A1 EP2577702 A1 EP 2577702A1 EP 11721548 A EP11721548 A EP 11721548A EP 2577702 A1 EP2577702 A1 EP 2577702A1
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EP
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current
control
contactor
control device
relay
Prior art date
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Application number
EP11721548.3A
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German (de)
English (en)
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EP2577702B1 (fr
Inventor
Patrice Juge
Guillaume Granelli
Jean-Luc Rayon
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GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/36—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/005—Inversing contactors

Definitions

  • the present invention relates to the field of high voltage and more particularly to the control of current cutoff devices for switching on or off portions of an electrical network.
  • These devices may be circuit breakers with protection function of the electrical network, disconnectors with isolation function of a circuit breaker or other device, a section of line to allow the operating personnel to access them safe or earthing switches for safety.
  • These power cut-off devices comprise, in three-phase, three pairs of electrical contacts, each of the pairs comprising at least one movable electrical contact that is actuated during the closing or opening of the pair of electrical contacts. Closing or opening these pairs of electrical contacts can close or open the electrical circuit on which these devices are mounted. Actuation is via a motor that operates the moving contacts of all pairs of the same power failure device. Each engine assists only one power failure device.
  • These power cutoff devices are grouped into bays, an electrical substation grouping several bays. The substations provide thus the junction between the different electrical networks to be able to "direct" the energy from the place of production to the place of consumption.
  • a cabinet located at the end of the span generally groups the control devices of all the power cut-off devices in the bay.
  • An order can be given locally from the cabinet at the end of the span or remotely from a centralized control / command panel located several tens of kilometers from the substation.
  • the control of an engine requires electromechanical or electronic power components to manage the reversals of direction of rotation related to the opening or closing of the electrical contacts of the device cooperating with the engine, safety means to avoid false maneuvers and means to take into account orders given locally or remotely.
  • This duration corresponds to the time interval between an order given by an operator and its effect on the devices via a conventional human machine interface. But with a digital man-machine interface, this interval of time is much shorter and simultaneous activation becomes possible despite the locking means. This is very dangerous.
  • FIG. 1 shows the mounting of the control device of a plurality of motors M1, M2, M3 for operating current-breaking devices mounted in the same bay of a substation.
  • the power cut-off devices are not illustrated so as not to overload the figure.
  • Each of the motors Ml, M2, M3 is mounted in the diagonal of a bridge PI, P2, P3 comprising in each of its four branches a power contactor.
  • the power contactors are referenced K11, K12, K13, K14 for the bridge PI, K21, K22, K23, K24 for the bridge P2, K31, K32, K33, K34 for the bridge P3.
  • a DC voltage V is applied across the other diagonal of each bridge PI, P2, P3.
  • Two power contactors located in branches adjacent to a bridge, for example for the bridge PI the power contactors K11 and K13 or K11 and K14 work in opposition, one being closed when the other is open.
  • each of PI bridges P2, P3 a pair of control means: said control means being referenced Bli_2, Bl3_ 4 for the IP bridge B2i_2, B23_ 4 for the P2 bridge ⁇ 3 ⁇ -2, B3 3 -4 for the bridge P3.
  • Each of the control means of a pair simultaneously controls two power contactors placed in opposite branches of the same bridge.
  • two opposite power contactors for example K11 and K12
  • the other two power contactors by example K13 and K14
  • the motor M1 rotates in one direction.
  • the two opposed power contactors K11 and K12 are open and the other two power contactors, K13 and K14, are closed, the motor M1 rotates in the opposite direction.
  • This assembly requires four times more power contactors than motors. This assembly is bulky and therefore expensive. This circuit does not include regulation of the speed of the motors. Some manufacturers have associated electronic speed control with each of the engines. The size and cost is further increased.
  • US Pat. No. 6,531,841 relates to an electromechanical actuator for actuating a moving contact of a current-breaking device including a motor associated with a control unit.
  • US Pat. No. 6,750,567 completes the previous patent by adding means for measuring current and / or voltage between the power failure device and the network. electric. Position sensors at the motor or at the power cut-off device are provided.
  • each power failure device is associated with local control means. These local control means receiving control signals from remote control means.
  • the object of the present invention is precisely to propose a device for controlling a plurality of power cut-off devices which does not have the disadvantages mentioned above, namely the cost and bulk since it reduces the number of electronic or electromechanical components involved.
  • One purpose is in particular to provide such a control device which is more reliable than conventional devices because, in particular, it does not allow simultaneous maneuvers of several power cut-off devices and it has fewer electronic components than in the prior art.
  • Another object of the invention is to propose a device for controlling a plurality of current-breaking devices via a motor dedicated to each of the current-breaking devices for maneuvering at least one moving contact in one direction or in the other. other so as to close or open at least one pair of electrical contacts that contributes to form this movable contact.
  • Another object of the invention is to provide a device for controlling a plurality of current-breaking devices via a motor dedicated to each of the current-breaking devices for operating a moving contact with an adjustable speed.
  • the present invention proposes to use a single inverter contactor controlled by control means in association with current switching means through the reversing contactor to the engine to maneuver the current switch device to maneuver.
  • the present invention is a device for controlling a group of power failure through, for each device of power failure, a motor for maneuvering. It comprises a single reversing contactor controlled by control means, intended to be connected to a power source of the motors and, moreover, means for switching a current coming from the power source and passing through the contactor reverser, the single reversing contactor being connected to the motors via the switching means.
  • the control means can control the reversing contactor pulse width modulation if it is static or all or nothing if it is electromechanical.
  • the first solution allows a variation of the speed of the engine.
  • the control device further comprises means for conveying an order of opening or closing of a power cut-off device on the one hand, to the control means and, on the other hand, to the control means. switching, this order being local or remote.
  • the switching means may comprise an electromagnetic relay by motor, having an excitation circuit connected to the routing means and one or more sets of contacts able to assume a rest position or a working position when the relay is energized, one of these sets of contacts used to connect the motor to the reversing contactor when in working position.
  • a relay may have two sets of contacts for connecting the control means of the contactor inverter to limit switches associated with the power failure device.
  • a relay may have a set of contacts connected to the excitation circuit of the relay and intended to be connected to a source of self-supply of the relay via the control means of the reversing contactor, these control means of the reversing contactor driving the self-feeding or power failure of the relay self-supply, all relay contact sets switching from the working position to the rest position when the reversing contactor control means switch off the self-power supply.
  • the means for routing an opening or closing order of a power cut-off device may comprise a block for each current-breaking device, each block comprising cascade branches, with two pairs of input branches. , and two output branches, the two input branches of a pair being intended to be connected at one end to a polarization source and being connected at the other end to each other in a node connected to an output branch and to the control means of the reversing contactor, the two output branches being connected together in a node and the switching means, one of the pairs used for opening a current cutoff device and the other for closing the current cut-off device, in a pair, an input branch comprising a switching means controlled by a local command and the other input branch comprising a switching means controlled by a remote command.
  • each of the branches has a diode to avoid current returns to the polarization source.
  • the switching means controlled by a remote command has a galvanic isolation function such as an electromagnetic relay or an opto-coupler, the remote member intended to generate the remote command being generally brought to a voltage. very different from that of the control device.
  • means for measuring the current supplying the reversing contactor are provided, these means being integrated or not into the reversing contactor, this measurement being transmitted to the control means of the reversing contactor.
  • the control device may further include control means dedicated to the switching means controlled by a local command, these control means being intended to be connected to a human-machine interface external to the control device.
  • the reversing contactor mounts at least the reversing contactor, the control means of the reversing contactor, the switching means on the same printed circuit board.
  • FIG. 1 shows a diagram of a control device, according to the prior art, of a group of current cut-off devices via, for each power cut-off device, a switching motor. ;
  • FIG. 2 shows a diagram of a control device, according to the invention, of a group of devices for breaking the current by means of, for each current-breaking device, an operating motor;
  • FIG. 3 gives more details on the control device object of the invention
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a static reversing contactor that can be used in the control device of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic single-line view of the control device of a group of current-breaking devices 21, 22, 23 located in particular in the same bay of a high voltage substation.
  • These current cutoff devices 21, 22, 23 are represented in number of three. It can be disconnectors or circuit breakers for example. They each comprise at least one pair of electrical contacts PI, P2, P2 of which at least one of the electrical contacts C1, C2, C3 is movable. This pair of electrical contacts PI, P2, P2 may be in the open position or in the closed position. Accordingly, the corresponding power cut-off apparatus 21, 22, 23 is either open or closed.
  • An electric motor Ml, M2, M3 is provided to mechanically actuate the movable contact cl, c2, c3 of the pair of electrical contacts PI, P2, P3 to move it from the open position to the closed position or vice versa.
  • These electric motors Ml, M2, M3 are preferably DC motors.
  • the single inverting contactor may for example be a static inverter contactor connected to control means 12, for example a microcontroller, to a DC voltage supply source V and to each of the motors M1, M2, M3 via the d switching RI, R2, R3.
  • These switching means R1, R2, R3 allow directing the current from the inverter contactor 11 to the motor to be activated, when the control means 12 have activated the inverter contactor 11.
  • a static contactor makes it possible to switch an electric current without recourse to mechanical or electromechanical elements.
  • the term inverter means that, at the output of the reversing contactor 11, the polarities can be reversed so as to adjust the direction of rotation of the motor supplied by the reversing contactor. According to the direction of rotation of the motor Ml, M2, M3, the pair of electrical contacts PI, P2, P3 mechanically engineered by the motor is in the open or closed position.
  • the reversing contactor 11 ensures the establishment or the power failure of the supply current of the motors Ml, M2, M3.
  • control means 12 may be a microcontroller capable of delivering to the static inverter contactor 11 to activate it a pulse width modulated control signal (known by the acronym PWM for Pulse-Width Modulation in English), so as to adjust the rotational speed of the motor Ml, M2, M3 fed.
  • the static inverter contactor 11 comprises discrete power electronic components such as MOSFET or IGBT transistors or still thyristors. These components can be grouped together in at least one electronic unit to make an inverter bridge.
  • Figure 4 shows a circuit diagram of such a static reversing contactor.
  • an integrated static inverter contactor such as the IRAMX circuit 16UP60A of the company International rectifier.
  • This circuit allows the control of three-phase DC or AC motors up to 16 A with a maximum voltage of 600 V.
  • Another suitable integrated circuit is the LMD 18200 from National Semiconductor. This circuit allows the control of three-phase DC or AC motors up to 3 A with a maximum voltage of 55 V.
  • These two circuits also have the advantage of being fully integrated and having, in a native way, a measurement of current and an internal temperature measurement. This reduces the number of components to be implanted around the static reversing contactor. Reliability is further increased.
  • a static reversing contactor instead of using a static reversing contactor, it is possible to use an electromechanical inverter contactor, such as that bearing the reference LC2 of Schneider Electric.
  • a difference from the static inverter contactor is that it can not be controlled by pulse width modulation. It is controlled by all or nothing by the control means 12. As a result, the speed of the motors can not be adjusted, it is constant.
  • a static reversing contactor has a longer life than an electromechanical reversing contactor.
  • the switching means R1, R2, R3 can be made by a series of switching relays R1 to R3 electromagnetic, each of them having a set of contacts jll, j21, 31 cooperating with a motor Ml, M2, M3 given and consequently with a current cut-off device 21, 22, 23 given.
  • the set of contacts j11, j21, j31, said set of engine contacts can take a working position in which the contacts are touching and a rest position in which they are disjoint.
  • the switching relays R1, R2, R3 do not have to have a power cut-off capacity of the supply current of the motors Ml, M2, M3 because, as will be seen below, they are always manceuvrés in the absence current flow in the set of motor contacts jll, j21, j 31.
  • a given motor for example Ml
  • Ml is associated with a single power cutoff device 21 on the one hand and a single switch relay given RI.
  • the reversing contactor 11 is able to control each of the motors Ml, M2, M3 but each in turn through the presence of switching relays R1, R2, R3.
  • FIG. 3 which more fully illustrates the control device object of the invention.
  • a given switching relay for example RI
  • RI switching relay
  • This operating order contains information on the power cut-off device to be operated and information on the type of operation to be performed, that is to say the opening or closing of the power cut-off device.
  • routing means 14 receiving an order maneuver ensure its routing to the switch relay concerned on the one hand and to the control means 12.
  • the control means 12 thus acquire knowledge of the nature of the maneuver, that is, opening or closing the contacts.
  • the routing means 14 comprise a block B1, B2 associated with each switching relay R1, R2.
  • Bl block comprises a cascade of branches, with upstream to downstream, two pairs ⁇ , ⁇ 12 of input branches (ell, el2), (el3, el4) and two output branches si, s2 connected to each other. one part and relay relay RI on the other hand.
  • the pairs are referenced ⁇ 21, ⁇ 22, the input branches are called e21, e22, e23, e24 and the output branches s3, s4.
  • One of the pairs ⁇ , ⁇ 21 of input branches is intended to convey an opening order of the current cutoff apparatus 21, 22 and the other pair ⁇ 12, ⁇ 22 of input branches is intended to convey a closing order of the current breaking device 21, 22.
  • each pair ⁇ , ⁇ 12, ⁇ 21, ⁇ 22 of input branches one of the input branches ell el3, e21, e23 is intended to convey a local command and the other input branch el2, el4, e22 , e24 a distant order.
  • Each input branch ell el3, e21, e23 intended to convey a local order is connected upstream to a first conductor of polarity 15.1.
  • Each input branch el2 el4, e22, e24 intended to convey a remote command is connected upstream to a second conductor of polarity 15.2.
  • the two polarity conductors 15.1, 15.2 are connected to the same polarization source 15 via inverter means 15.3.
  • the inverter means 15.3 allows operation in local mode and in the other position it allows operation in remote mode. Also provided between the bias source 15 and the inverter means 15.3 is a polarization lock switch means 15.4. This switching means 15.4 is controlled by the control means 12 of the reversing contactor 11, as will be seen below. For fail-safe setting when detecting a short-circuit current in the conductor connecting the DC voltage supply source V to the reversing contactor 11, it is possible to cut off any order possibility.
  • the switching means 15.4 When the switching means 15.4 is open, it prevents the switching relays R1, R2 to be excited, regardless of the position of the inverter means 15.3.
  • the input branches ell, el3, e21, e23 intended to convey a local order each comprise a switching means 111, 113, 121, 123 controlled by a local command from the human machine interface 13 via dedicated control means 17 to the switching means controlled by a local command.
  • This switching means 111, 113, 121, 123 may be a semiconductor or electromechanical switch.
  • These dedicated control means 17 have a digital input and an analog output.
  • the inverter means 15.3 is controlled by the man-machine interface 13 via the dedicated control means 17.
  • the input branches el2, el4, e22, e24 intended to convey a remote command each comprise a switching means with a galvanic isolation function 112, 114, 122, 124. It can be an electromagnetic relay or a an optocoupler. These switching means with galvanic isolation function 112, 114, 122, 124 are controlled by electrical signals coming from remote members (not shown) and often operating with voltage levels much higher than those of the object control device. of the invention.
  • Each input branch ell, el2, el3, el4, e21, e22, e23, e24 further comprises, in series with the switching means 111, 112, 113, 114, 121, 122, 123, 124, a diode D11. , dl2, d13, d14, d21, d22, d23, d24.
  • the two input branches ell, el2; el3, el4; e21, e22; e23, e24 of a pair are connected to each other at level of diodes dll, dl2; d13, d14; d21, d22; d23, d24, which means that the two diodes dll, dl2; d13, d14; d21, d22; d23, d24 of a pair have their anodes interconnected in a common node NI, N2, N3, N4.
  • the cathodes of the diodes d11, d12, d13, d14, d21, d22, d23, d24 are respectively connected to the respective switching means 111, 112, 113, 114, 121, 122, 123, 124.
  • the common nodes NI, N2, N3, N4 are connected to the control means 12 of the reversing contactor 11. These control means 12 then receive information on the power cutoff device to maneuver and the nature of the maneuver to perform . From each common node N1, N2, N3, N4 is derived one of the output branches si, s2, s3, s4. Each of the output branches si, s2, s3, s4 is provided with a diode d1, d2, d3, d4 to avoid power returns.
  • Two output branches si, s2 and s3, s4 of the same block B1, B2 meet in a common node N10, N20 which is connected to a first terminal of the excitation circuit ex1, ex2 of the switching relay R1, Corresponding R2.
  • Each excitation circuit ex1, ex2 has another terminal carried to a given potential VI, V2 (generally ground) via a latching switching means CV1, CV2 whose open or closed position depends on the position of other devices of adjacent power cut that cooperates with the switching relay RI, R2 concerned.
  • the switching relays RI, R2 electromagnetic may have several sets of contacts that are controlled simultaneously.
  • the first set of contacts j11, j21 of one of the switching relays R1, R2 is a set of motor contacts as already described and it serves to close or open a circuit section which connects the motor M1, M2 associated with the single reversing contactor 11.
  • each current-breaking device 21, 22 cooperates with at least one pair of auxiliary end-of-travel contacts ax, bx, the auxiliary end-of-travel contacts ax, bx always have opposite positions, one being closed and the other being open when the power failure device is in a stable position.
  • the open or closed state of the auxiliary end-of-travel contacts ax, bx therefore represents the open or closed position of the power failure device.
  • the auxiliary end-of-travel contacts ax, bx are slaved to both the current interrupter 21, 22 and to the corresponding motor M1, M2.
  • each switching relay R1, R2 comprises a second set of contacts J12 mounted between the control means 12 of the reversing contactor 11 and one of the limit switches, for example ax and a third set. of contacts jl3, j 23 mounted between the control means 12 of the reversing contactor 11 and the other of the end-of-travel contacts, for example bx.
  • the control means 12 of the reversing contactor 11 When these sets of contacts j12, j22, j13, 23 are in the working position, the control means 12 of the reversing contactor 11 thus acquire the open or closed position of the current interrupter 21, 22 associated via the position of the auxiliary limit switches ax, bx. This allows monitoring or even control of the position of the power failure device.
  • each switching relay RI, R2 it is also possible for each switching relay RI, R2, to have a set of contacts 41, 24 for the self-power supply, connected between the first terminal of the excitation circuit ex1, ex2 and a self-powering source V. via the control means 12.
  • the control means 12 cut off the connection to the source of self-power supply V, which means that all the sets of contacts j11, j12, For example, when a switch relay R1, for example, was in the working position, it will return to the rest position.
  • a rotary position sensor CP1, CP2 which reflects the position of its contacts.
  • the rotary position sensors CP1, CP2 are connected to the control means 12 of the reversing contactor 11 so as to provide it with the position of the current-breaking devices 21, 22.
  • the current measuring means MI may be integrated in the inverter contactor 11, in particular if it is produced by an integrated circuit of the type of those mentioned above.
  • external current measurement means MI for example of the Hall effect type, placed between the DC voltage source V and the inverting contactor 11.
  • These current measuring means MI are connected together the control means 12 of the reversing contactor 11 so that the control means 12 can monitor the motor current and thus the engine torque, the forces generated during a maneuver and the kinematics of maneuvering the switchgear device. associated current.
  • the measurement of the motor current brought back to the control means 12 also enables them to detect an overcurrent and to cut the current via the control of the reversing contactor 11. This current measurement also allows the control means 12 to vary and adjust the speed of a motor in operation by pulse width modulation.
  • the electrical insulation of the motors M1, M2 is provided by the reversing contactor 11 in the open position, but also by the space between the contacts of the motor contact set j11, 21 of the switching relays R1, R2.
  • the contacts of the contact sets j11, j 21 engine are open, that is to say at rest.
  • PCB printed circuit board
  • This PCB printed circuit board will be preferably connected by a digital link 16 to the human-computer interface 13 to digital communication for the transmission of local orders.
  • the human-machine interface 13, external to the control device object of the invention will comprise for example a touch screen computer.
  • the local orders are sent from the computer and the latter informs the user, through the screen, of the state of the control device.
  • the digital link 16 will for example be an RS 232 link, an RS 485 link or an Ethernet link.
  • provision will be made for dedicated analog output control means 17 for transmitting the local commands to the switching means 111, 113, 121, 123 of the routing means 14.
  • FIG. 4 shows an example of a static inverter switch 11 made from transistors.
  • the static inverter contactor 11 comprises four transistors T1, T2, T3, T4, here IGBT transistors mounted in bridge H. It is recalled that an IGBT transistor is a bipolar transistor insulated gate. Transistors T1 to T4 may be, for example, IRGP50B60PD transistors from International Rectifier. MOS transistors could have been used.
  • the two transistors T1, T2 are paired, their gates being connected to the same control device G1. They are connected in series, the transmitter of one and the collector of the other forming a common node E. In the same way the transistors T3 and T4 are paired, their gates being connected to a same control device G2.
  • the two control devices G1, G2 are connected to the control means 12 of the static inverter contactor 11.
  • the devices of Gl, G2 can be integrated circuits IR 2114 of the company International Rectifier.
  • the engines referenced M are mounted between the two nodes E and B. This figure does not show a switching relay so as not to overload the figure.
  • the collectors of two unpaired transistors, for example T1 and T3 that do not belong to the nodes E and B, are interconnected at a node C and the emitters of two unpaired transistors, for example T2 and T4 that do not belong to the nodes.
  • E and B are interconnected at a node D.
  • the DC voltage source V is connected between the node C and the node D.
  • the current measuring means MI are provided between the DC voltage source V and the static inverter contactor 11 upstream of the engine. They comprise a shunt resistor Rsh mounted between the positive terminal of the DC voltage source V and the node C and a differential amplifier A0 mounted at the terminals of the shunt resistor Rsh and the output of which is connected to the control means 12 of the contactor static inverter 11.
  • the limit switches ax, bx associated with the power cutoff device 21 to be operated are in a position such that the contact ax is open and the contact bx is closed.
  • This closing command propagates to the excitation circuit exl of the switching relay RI.
  • the relay R1 is energized and its contact sets j11, j12, j13, 14 move from the rest position to the working position.
  • the motor Ml does not start to turn because the reversing contactor 11 is not activated and no supply current from the DC voltage source V reaches the motor Ml.
  • the control means 12 validate the self-supply of the switching relay RI excited.
  • the control means 12 control the inverter contactor 11 which then provides the DC power supply of the motor Ml associated with the current cutoff device 21 to maneuver.
  • the motor Ml begins to turn and maneuver the movable contact (s) of the device this power failure 21 to close it.
  • the end-of-travel contacts ax, bx have changed state and their state is transmitted to the control means 12 of the reversing contactor 11 via the sets of contacts j12, 13 of the relay switching excited RI.
  • the control means 12 of the reversing contactor 11 deactivate the inverter contactor 11 which cuts off the DC power supply of the motor M1. They also interrupt the self-power supply of the relay RI by interrupting the connection between the set of contacts j 14 and the power supply V. All the sets of contacts j11, j12, j13, j14 of the relay relay RI return to the state of rest.
  • the same sequence would occur if the order was remote except that the switching means 114 of the remote input branch el4 would close.
  • the way inverter 15.3 would switch so that the driver 15.2 can be biased.
  • the man-machine interface 13 has a switch (not shown) which, thanks to the dedicated control means 17, makes the inverter means 15.3 pass from a position corresponding to the local control to a position corresponding to the remote control and vice versa.
  • the control means 12 of the reversing contactor 11 are not informed of this local command / remote control change.
  • the control device provides a complete, integrated and communicating solution to the manufacturers of equipment for high-voltage substations.
  • This control device brings both greater security, greater reliability and more flexibility of operation than in the prior art.
  • its cost is reduced since fewer electronic components are involved.

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Abstract

Il s'agit d'un dispositif de commande d'un groupe d'appareils de coupure de courant (21, 22) par l'intermédiaire, pour chaque appareil de coupure de courant, d'un moteur de manoeuvre (M1, M2) d'au moins un contact électrique de l'appareil de coupure de courant. Il comporte un unique contacteur inverseur (11) piloté par des moyens de pilotage (12), destiné à être relié à une source d'alimentation (V) des moteurs et connecté aux moteurs par l'intermédiaire de moyens d'aiguillage (R1, R2) d'un courant provenant de la source d'alimentation (V) et transitant par le contacteur inverseur (11). Application : Commande des appareils de coupure de courant d'une travée d'un poste électrique haute tension.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE D'UNE PLURALITÉ D'APPAREILS DE COUPURE DE COURANT VIA DES MOTEURS ÉLECTRIQUES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne le domaine de la haute tension et plus particulièrement de la commande d'appareils de coupure de courant permettant la mise sous tension ou hors tension de portions d'un réseau électrique.
Ces appareils peuvent être des disjoncteurs à fonction de protection du réseau électrique, des sectionneurs à fonction d'isolement d'un disjoncteur ou d'un autre appareil, d'une section de ligne afin de permettre au personnel d'exploitation d'y accéder sans danger ou des sectionneurs de mise à la terre pour la sécurité. Ces appareils de coupure de courant comportent, en triphasé, trois paires de contacts électriques, chacune des paires comportant au moins un contact électrique mobile que l'on vient actionner lors de la fermeture ou de l'ouverture de la paire de contacts électriques. La fermeture ou l'ouverture de ces paires de contacts électriques permet de fermer ou d'ouvrir le circuit électrique sur lequel ces appareils sont montés. L ' actionnement se fait par l'intermédiaire d'un moteur qui manœuvre les contacts mobiles de toutes les paires d'un même appareil de coupure de courant. Chaque moteur n'assiste qu'un seul appareil de coupure de courant. Ces appareils de coupure de courant sont regroupés en travées, un poste électrique regroupant plusieurs travées. Les postes électriques assurent ainsi la jonction entre les différents réseaux électriques pour pouvoir "aiguiller" l'énergie du lieu de production vers le lieu de consommation.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Pour des raisons d'architecture et d'exploitation du poste électrique, on actionne les différents appareils de coupure de courant d'une travée chacun leur tour, tout en respectant un ordre donné pour respecter la sécurité du service, du personnel et du matériel. Une armoire située en bout de travée regroupe généralement les dispositifs de commande de tous les appareils de coupure de courant de la travée. Un ordre peut être donné en local depuis l'armoire en bout de travée ou à distance depuis un pupitre centralisé de contrôle/commande situé à plusieurs dizaines de kilomètres du poste électrique.
La commande d'un moteur nécessite des composants électromécaniques ou électroniques de puissance pour gérer les inversions de sens de rotation liés à l'ouverture ou à la fermeture des contacts électriques de l'appareil coopérant avec le moteur, des moyens de sécurité pour éviter des fausses manœuvres et des moyens permettant de prendre en compte des ordres donnés en local ou à distance.
Les solutions existantes comportent beaucoup de composants électroniques ou électromécaniques par appareil de coupure de courant, les circuits de sécurité nécessitent beaucoup de câblage. Pour la surveillance de tous ces composants électroniques ou électromécaniques, il faut rajouter en plus beaucoup de matériels comme des contacteurs, des capteurs etc. En outre, si l'on veut pouvoir bénéficier d'une régulation de la vitesse de rotation des moteurs en fonction de l'avancement des contacts des appareils de coupure de courant, il faut prévoir encore d'autres composants. L'accélération locale de la course d'un contact électrique d'un sectionneur permet de diminuer la génération de perturbations.
Un autre point important pour la sécurité est qu'il ne faut pas que deux appareils de coupure de courant d'une même travée puissent être manceuvrés simultanément car cela peut conduire à la perte d'exploitation du poste électrique. Or des ordres locaux ou distants peuvent conduire à cette manœuvre simultanée. Dans un montage ou deux sectionneurs de barre encadrent un disjoncteur, ce disjoncteur étant associé à un sectionneur de mise à la terre. Lorsque l'on veut fermer un sectionneur de barre, il faut qu'au préalable le sectionneur de mise à la terre associé soit ouvert et que le disjoncteur soit aussi ouvert. Il est théoriquement possible de fermer simultanément le sectionneur de barre et le sectionneur de mise à la terre alors que le disjoncteur est fermé. Il existe des moyens de verrouillage électromécaniques entre les sectionneurs de barre et les sectionneurs de mise à la terre mais ils mettent quelque milli secondes pour devenir opérationnels. Cette durée correspond à l'intervalle de temps existant entre un ordre donné par un opérateur et son effet sur les appareils via une interface homme machine conventionnelle. Mais avec une interface homme machine numérique, cet intervalle de temps est beaucoup plus court et l'activation simultanée devient possible malgré les moyens de verrouillage. Cela est très dangereux.
On a représenté sur la figure 1, le montage du dispositif de commande d'une pluralité de moteurs Ml, M2, M3 de manœuvre d'appareils de coupure de courant montés dans une même travée d'un poste électrique. Les appareils de coupure de courant ne sont pas illustrés pour ne pas surcharger la figure.
Chacun des moteurs Ml, M2, M3 est monté dans la diagonale d'un pont PI, P2, P3 comprenant dans chacune de ses quatre branches un contacteur de puissance. Les contacteurs de puissance sont référencés Kll, K12, K13, K14 pour le pont PI, K21, K22, K23, K24 pour le pont P2, K31, K32, K33, K34 pour le pont P3. Une tension continue V est appliquée aux bornes de l'autre diagonale de chacun des ponts PI, P2, P3. Deux contacteurs de puissance se trouvant dans des branches voisines d'un pont, par exemple pour le pont PI les contacteurs de puissance Kll et K13 ou bien Kll et K14 travaillent en opposition, l'un étant fermé lorsque l'autre est ouvert. Pour cela on prévoit, pour chacun des ponts PI, P2, P3 une paire de moyens de commande : ces moyens de commande étant référencés Bli_2, Bl3_4 pour le pont PI, B2i_2, B23_4 pour le pont P2, Β3ι-2, B33-4 pour le pont P3. Chacun des moyens de commande d'une paire commande simultanément deux contacteurs de puissance placés dans des branches opposés d'un même pont. Ainsi, lorsque dans un pont, par exemple PI, deux contacteurs de puissance opposés, par exemple Kll et K12, sont fermés et les deux autres contacteurs de puissance, par exemple K13 et K14, sont ouverts, le moteur Ml tourne dans un sens. Lorsque dans le même pont PI, les deux contacteurs de puissance opposés Kll et K12, sont ouverts et les deux autres contacteurs de puissance, K13 et K14, sont fermés, le moteur Ml tourne dans l'autre sens.
Ce montage nécessite quatre fois plus de contacteurs de puissance que de moteurs. Ce montage est volumineux et par conséquent coûteux. Ce circuit ne comporte pas de régulation de la vitesse des moteurs. Certains constructeurs ont associé une régulation électronique de vitesse à chacun des moteurs. L'encombrement et le coût en est encore augmenté.
Des brevets publiés traitent également de la commande de moteurs destinés à actionner des contacts électriques d'appareils de coupure de courant. Le brevet US 6 252 365 décrit un circuit électronique à microprocesseur de commande marche arrêt d'un moteur électrique avec une fonction de protection. Ce circuit électronique ne prévoit pas ni la régulation de la vitesse, ni le choix du sens de rotation. Ce circuit électronique est dédié à un unique moteur. Pour la commande de plusieurs moteurs, il faudrait donc multiplier le nombre de microprocesseurs.
Le brevet US 6 531 841 porte sur un actionneur électromécanique pour actionner un contact mobile d'un appareil de coupure de courant incluant un moteur associé à une unité de commande. Le brevet US 6 750 567 complète le brevet précédent en ajoutant un moyen de mesure de courant et/ou de tension entre l'appareil de coupure de courant et le réseau électrique. Des capteurs de position au niveau du moteur ou de l'appareil électrique de coupure de courant sont prévus.
Dans ces deux brevets, le problème d'encombrement et de coût se pose puisque l'on doit multiplier le nombre d'unités de commande pour commander plusieurs appareils de coupure de courant.
Dans la demande de brevet 2004/0099639 chaque appareil de coupure de courant est associé à des moyens de commande locaux. Ces moyens de commande locaux recevant des signaux de commande de moyens de commande à distance.
Dans la demande de brevet US 2005/0168891 le moteur servant à manœuvrer un disjoncteur est commandé par un circuit électronique complexe, ce circuit électronique étant dédié à un moteur donné.
La plupart de ces documents ne montrent que des circuits électroniques dédiés à un seul moteur et ces circuits sont à multiplier par le nombre de moteurs à commander ce qui conduit à une solution particulièrement coûteuse et encombrante. La configuration dans laquelle le circuit électronique est à proximité de l'appareil de coupure de courant pose des problèmes de fiabilité car le circuit électronique est soumis aux contraintes climatiques dans les postes électriques extérieurs.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
La présente invention a justement comme but de proposer un dispositif de commande d'une pluralité d'appareils de coupure de courant qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus à savoir notamment le coût et l'encombrement puisqu'il permet de réduire le nombre de composants électroniques ou électromécaniques mis en jeux.
Un but est en particulier de proposer un tel dispositif de commande qui soit plus fiable que les dispositifs conventionnels car, notamment, il n'autorise pas des manœuvres simultanées de plusieurs appareils de coupure de courant et il comporte moins de composants électroniques que dans l'art antérieur.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de commande d'une pluralité d'appareils de coupure de courant via un moteur dédié à chacun des appareils de coupure de courant pour manœuvrer au moins un contact mobile dans un sens ou dans l'autre de manière à fermer ou à ouvrir au moins une paire de contacts électriques que contribue à former ce contact mobile .
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de commande d'une pluralité d'appareils de coupure de courant via un moteur dédié à chacun des appareils de coupure de courant pour manœuvrer un contact mobile avec une vitesse ajustable.
Pour y parvenir, la présente invention propose d'utiliser un unique contacteur inverseur piloté par des moyens de pilotage en association avec des moyens d'aiguillage du courant traversant le contacteur inverseur vers le moteur devant manœuvrer l'appareil de coupure de courant à manœuvrer.
Plus précisément, la présente invention est un dispositif de commande d'un groupe d'appareils de coupure de courant par l'intermédiaire, pour chaque appareil de coupure de courant, d'un moteur de manœuvre. Il comporte un unique contacteur inverseur piloté par des moyens de pilotage, destiné à être relié à une source d'alimentation des moteurs et, de plus des moyens d'aiguillage d'un courant provenant de la source d'alimentation et transitant par le contacteur inverseur, l'unique contacteur inverseur étant connecté aux moteurs par l'intermédiaire des moyens d'aiguillage.
Les moyens de pilotage peuvent piloter le contacteur inverseur par modulation de largeur d'impulsion s'il est statique ou par tout ou rien s'il est électromécanique. La première solution autorise une variation de la vitesse du moteur.
Le dispositif de commande comporte, en outre, des moyens d'acheminement d'un ordre d'ouverture ou de fermeture d'un appareil de coupure de courant d'une part, aux moyens de pilotage et d'autre part, aux moyens d'aiguillage, cet ordre étant local ou distant.
Les moyens d'aiguillage peuvent comporter un relais électromagnétique par moteur, ayant un circuit d'excitation relié aux moyens d'acheminement et un ou plusieurs jeux de contacts aptes à prendre une position de repos ou une position de travail lorsque le relais est excité, l'un de ces jeux de contacts servant à relier le moteur au contacteur inverseur lorsqu'il est en position de travail.
Un relais peut avoir deux jeux de contacts servant à relier les moyens de pilotage du contacteur inverseur à des contacts de fin de course associés à l'appareil de coupure de courant.
Un relais peut avoir un jeu de contacts relié au circuit d'excitation du relais et destiné à être relié à une source d'auto-alimentation du relais via les moyens de pilotage du contacteur inverseur, ces moyens de pilotage du contacteur inverseur pilotant l'auto-alimentation ou la coupure de courant de l'auto- alimentation du relais, tous les jeux de contacts du relais basculant de la position de travail à la position de repos lorsque les moyens de pilotage du contacteur inverseur coupent l'auto-alimentation.
Les moyens d'acheminement d'un ordre d'ouverture ou de fermeture d'un appareil de coupure de courant peuvent comporter un bloc par appareil de coupure de courant, chaque bloc comportant des branches en cascade, avec deux paires de branches d'entrée, et deux branches de sortie, les deux branches d'entrée d'une paire étant destinées à être connectées à une extrémité à une source de polarisation et étant reliées à l'autre extrémité entre elles en un nœud relié à une branche de sortie et aux moyens de pilotage du contacteur inverseur, les deux branches de sortie étant reliée entre elles en un nœud et aux moyens d'aiguillage, l'une des paires servant pour l'ouverture d'un appareil de coupure de courant et l'autre pour la fermeture de l'appareil de coupure de courant, dans une paire, une branche d'entrée comportant un moyen de commutation commandé par un ordre local et l'autre branche d'entrée comportant un moyen de commutation commandé par un ordre distant. De plus, il est préférable que chacune des branches comporte une diode pour éviter des retours de courant vers la source de polarisation.
On prévoit de préférence que le moyen de commutation commandé par un ordre distant possède une fonction d'isolation galvanique tel qu'un relais électromagnétique ou un opto-coupleur , l'organe distant destiné à générer l'ordre distant étant généralement porté à une tension très différente de celle du dispositif de commande.
Pour améliorer la sécurité, on prévoit de des moyens de mesure du courant alimentant le contacteur inverseur, ces moyens étant intégrés ou non au contacteur inverseur, cette mesure étant transmise aux moyens de pilotage du contacteur inverseur.
Le dispositif de commande peut comporter, en outre, des moyens de pilotage dédiés aux moyens de commutation commandés par un ordre local, ces moyens de pilotage étant destinés à être reliés à une interface homme-machine externe au dispositif de commande.
Pour gagner en compacité et en praticité, il est préférable de monter au moins le contacteur inverseur, les moyens de pilotage du contacteur inverseur, les moyens d'aiguillage sur une même carte de circuit imprimé.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1 montre un schéma d'un dispositif de commande, conforme à l'art antérieur, d'un groupe d'appareils de coupure de courant par l'intermédiaire, pour chaque appareil de coupure de courant, d'un moteur de manœuvre ;
la figure 2 montre un schéma d'un dispositif de commande, conforme à l'invention, d'un groupe d'appareils de coupure de courant par l'intermédiaire, pour chaque appareil de coupure de courant, d'un moteur de manœuvre ;
la figure 3 donne plus de détails sur le dispositif de commande objet de l'invention ;
la figure 4 montre un schéma électrique d'un contacteur inverseur statique utilisable dans le dispositif de commande de l'invention.
Des structures bien connues ne sont pas représentées en détail afin de ne pas alourdir inutilement la présente demande de brevet.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles . EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur la figure 2 on a représenté une vue schématique unifilaire du dispositif de commande d'un groupe d'appareils de coupure de courant 21, 22, 23 situés notamment dans une même travée d'un poste électrique haute tension. Ces appareils de coupure de courant 21, 22, 23 sont représentés au nombre de trois. Ce peut être des sectionneurs ou des disjoncteurs par exemple. Ils comportent chacun au moins une paires de contacts électriques PI, P2, P2 dont au moins un des contacts électriques cl, c2, c3 est mobile. Cette paire de contacts électriques PI, P2, P2 peut être en position ouverte ou en position fermée. En conséquence, l'appareil de coupure de courant correspondant 21, 22, 23 est soit ouvert soit fermé. Un moteur électrique Ml, M2, M3 est prévu pour actionner mécaniquement le contact mobile cl, c2, c3 de la paire de contacts électriques PI, P2, P3 pour la faire passer de la position ouverte à la position fermée ou vice versa. Il y a autant de moteurs électriques Ml, M2, M3 que d'appareils de coupure de courant 21, 22, 23 à commander. Ces moteurs électriques Ml, M2, M3 sont de préférence des moteurs à courant continu.
On prévoit un unique contacteur inverseur 11, et de plus des moyens d'aiguillage RI, R2, R3. L'unique contacteur inverseur peut être par exemple un contacteur inverseur statique relié à des moyens de pilotage 12, par exemple un microcontrôleur, à une source d'alimentation en tension continue V et à chacun des moteurs Ml, M2, M3 via les moyens d'aiguillage RI, R2, R3. Ces moyens d'aiguillage RI, R2, R3 permettent d'aiguiller le courant issu du contacteur inverseur 11 vers le moteur à activer, lorsque les moyens de pilotage 12 ont activé le contacteur inverseur 11.
L'utilisation d'un unique contacteur inverseur 11 associé aux moyens d'aiguillage RI, R2, R3 permet que seul un des appareils de coupure de courant du groupe soit manœuvré à un instant donné. On gagne manifestement en fiabilité par rapport à l'état de l'art puisque le nombre de composants est réduit.
Dans ce contexte, un contacteur statique permet de commuter un courant électrique sans recours à des éléments mécaniques ou électromécaniques. Le terme inverseur signifie qu'en sortie du contacteur inverseur 11 les polarités peuvent être inversées de manière à ajuster le sens de rotation du moteur alimenté par le contacteur inverseur. Selon le sens de rotation du moteur Ml, M2, M3, la paire de contacts électriques PI, P2, P3 mécaniquement manceuvrée par moteur est en position ouverte ou fermée. Le contacteur inverseur 11 assure l'établissement ou la coupure de courant du courant d'alimentation des moteurs Ml, M2, M3.
Dans le cas d'un contacteur inverseur statique 11, les moyens de pilotage 12 peuvent être un microcontrôleur apte à délivrer au contacteur inverseur statique 11 pour l'activer un signal de commande modulé en largeur d'impulsion (connue sous l'acronyme PWM pour Pulse-Width Modulation en anglais), de manière à ajuster la vitesse de rotation du moteur Ml, M2, M3 alimenté. Le contacteur inverseur 11 statique comporte des composants électroniques de puissance discrets comme par exemple des transistors MOSFET ou IGBT ou encore des thyristors . Ces composants peuvent être regroupés au sein d'au moins un boîtier électronique pour réaliser un pont inverseur. On pourra se référer à la figure 4 qui montre un schéma électrique d'un tel contacteur inverseur statique.
Il est possible en variante d'utiliser un contacteur inverseur statique intégré comme le circuit IRAMX 16UP60A de la société International rectifier. Ce circuit permet la commande de moteurs à courant continu ou alternatif triphasés jusqu'à 16 A avec une tension maximale de 600 V. Un autre circuit intégré convenant est le LMD 18200 de la société National Semiconductor. Ce circuit permet la commande de moteurs à courant continu ou alternatif triphasés jusqu'à 3 A avec une tension maximale de 55 V. Ces deux circuits possèdent en outre l'avantage d'être totalement intégrés et de posséder, en natif, une mesure de courant et une mesure de température internes. Cela permet de réduire le nombre de composants à implanter autour du contacteur inverseur statique. La fiabilité est encore accrue.
Au lieu d'utiliser un contacteur inverseur statique, il est possible d'utiliser un contacteur inverseur électromécanique, comme celui portant la référence LC2 de la société Schneider Electric. Une différence par rapport au contacteur inverseur statique est qu'il ne peut pas être commandé par modulation en largeur d'impulsions. Il est commandé par tout ou rien par les moyens de pilotage 12. Il en résulte que la vitesse des moteurs ne peut être ajustée, elle est constante. Un contacteur inverseur statique possède une durée de vie plus grande qu'un contacteur inverseur électromécanique .
Les moyens d'aiguillage RI, R2, R3 peuvent être réalisés par une série de relais d'aiguillage RI à R3 électromagnétiques, chacun d'entre eux ayant un jeu de contacts jll, j21, 31 coopérant avec un moteur Ml, M2, M3 donné et par voie de conséquence avec un appareil de coupure de courant 21, 22, 23 donné. Le jeu de contacts jll, j21, j31, dit jeu de contacts moteur peut prendre une position de travail dans laquelle les contacts se touchent et une position de repos dans laquelle ils sont disjoints. Les relais d'aiguillage RI, R2, R3 n'ont pas à avoir une capacité de coupure de courant du courant d'alimentation des moteurs Ml, M2, M3 car comme on le verra plus loin, ils sont toujours manceuvrés en l'absence de circulation de courant dans le jeu de contacts moteur jll, j21, j 31. Ainsi un moteur donné, par exemple Ml, est associé à un unique appareil de coupure de courant 21 d'une part et à un unique relais d'aiguillage donné RI. Le contacteur inverseur 11 est apte à commander chacun des moteurs Ml, M2, M3 mais chacun leur tour grâce à la présence des relais d'aiguillage RI, R2, R3.
On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre plus complètement le dispositif de commande objet de l'invention. Sur cette figure 3, il n'y a plus que deux moteurs Ml, M2 pour simplifier le dessin, mais bien sûr il pourrait y en avoir plus. Un relais d'aiguillage donné, par exemple RI, est excité lorsqu'il reçoit un ordre pour la manœuvre de l'appareil de coupure de courant associé 21, cet ordre de manœuvre étant soit donné en local au niveau d'une interface homme machine 13 ou soit donné à distance, cet ordre dans les deux cas transite par des moyens d'acheminement 14 de l'ordre, d'une part aux moyens de pilotage 12 et d'autre part aux moyens d'aiguillage RI, R2. Cet ordre de manœuvre contient une information sur l'appareil de coupure de courant à manœuvrer et une information sur le type de manœuvre à réaliser, c'est- à-dire l'ouverture ou la fermeture de l'appareil de coupure de courant .
Ces moyens d'acheminement 14 en recevant un ordre de manœuvre assurent son acheminement vers le relais d'aiguillage concerné d'une part et vers les moyens de pilotage 12. Les moyens de pilotage 12 acquièrent donc la connaissance de la nature de la manœuvre, c'est-à-dire l'ouverture ou la fermeture des contacts .
Les moyens d'acheminement 14 comportent un bloc Bl, B2 associé à chaque relais d'aiguillage RI, R2. Le bloc Bl comporte une cascade de branches, avec d'amont en aval, deux paires πΐΐ, π12 de branches d'entrée (ell, el2), (el3, el4) et deux branches de sortie si, s2 reliées entre elles d'une part et au relais d'aiguillage RI d'autre part. Pour le bloc B2, les paires sont référencées π21, π22, les branches d'entrée s'appellent e21, e22, e23, e24 et les branches de sortie s3, s4.
L'une des paires πΐΐ, π21 de branches d'entrée est destinée à véhiculer un ordre d'ouverture de l'appareil de coupure de courant 21, 22 et l'autre paire π12, π22 de branches d'entrée est destinée à véhiculer un ordre de fermeture de l'appareil de coupure de courant 21, 22.
Dans chaque paire πΐΐ, π12, π21, π22 de branches d'entrée, l'une des branches d'entrée ell el3, e21, e23 est destinée à véhiculer un ordre local et l'autre branche d'entrée el2, el4, e22, e24 un ordre distant. Chaque branche d'entrée ell el3, e21, e23 destinée à véhiculer un ordre local est connectée en amont à un premier conducteur de polarité 15.1. Chaque branche d'entrée el2 el4, e22, e24 destinée à véhiculer un ordre distant est connectée en amont à un second conducteur de polarité 15.2. Les deux conducteurs de polarité 15.1, 15.2 sont reliés à une même source de polarisation 15 via un moyen inverseur 15.3. Dans une position, le moyen inverseur 15.3 permet un fonctionnement en mode local et dans l'autre position il permet un fonctionnement en mode distant. On prévoit également entre la source de polarisation 15 et le moyen inverseur 15.3 un moyen de commutation 15.4 de verrouillage de polarisation. Ce moyen de commutation 15.4 est commandé par les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11, comme on le verra plus loin. Pour la mise en sécurité sur défaut lors de la détection d'un courant de court-circuit dans le conducteur reliant la source d'alimentation en tension continue V au contacteur inverseur 11, il est possible de couper toute possibilité d'ordre.
Lorsque le moyen de commutation 15.4 est ouvert, il empêche les relais d'aiguillage RI, R2 d'être excités, quelle que soit la position du moyen inverseur 15.3.
Les branches d'entrée ell, el3, e21, e23 destinées à véhiculer un ordre local comportent chacune un moyen de commutation 111, 113, 121, 123 commandé par un ordre local provenant de l'interface homme machine 13 via des moyens de pilotage dédiés 17 aux moyens de commutation commandés par un ordre local. Ce moyen de commutation 111, 113, 121, 123 peut être un interrupteur à semi-conducteur ou électromécanique. Ces moyens de pilotage dédiés 17 ont une entrée numérique et une sortie analogique. Le moyen inverseur 15.3 est commandé par l'interface homme machine 13 par l'intermédiaire des moyens de pilotage dédiés 17.
Les branches d'entrée el2, el4, e22, e24 destinées à véhiculer un ordre distant comportent chacune un moyen de commutation à fonction d'isolation galvanique 112, 114, 122, 124. Il peut s'agir d'un relais électromagnétique ou d'un opto-coupleur . Ces moyens de commutation à fonction d'isolation galvanique 112, 114, 122, 124 sont commandés par des signaux électriques provenant d'organes déportés (non représentés) et bien souvent fonctionnant avec des niveaux de tensions bien supérieurs à ceux du dispositif de commande objet de l'invention.
Chaque branche d'entrée ell, el2, el3, el4, e21, e22, e23, e24 comporte en outre, en série avec le moyen de commutation 111, 112, 113, 114, 121, 122, 123, 124, une diode dll, dl2, dl3, dl4, d21, d22, d23, d24. Les deux branches d'entrée ell, el2 ; el3, el4 ; e21, e22 ; e23, e24 d'une paire sont reliés entre elles au niveau des diodes dll, dl2 ; dl3, dl4 ; d21, d22 ; d23, d24, ce qui signifie que les deux diodes dll, dl2 ; dl3, dl4 ; d21, d22 ; d23, d24 d'une paire ont leurs anodes reliées entre elles en un nœud commun NI, N2, N3, N4. Les cathodes des diodes dll, dl2, dl3, dl4, d21, d22, d23, d24 sont reliées respectivement aux moyens de commutation respectifs 111, 112, 113, 114, 121, 122, 123, 124.
Les nœuds communs NI, N2, N3, N4 sont reliés aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11. Ces moyens de pilotage 12 reçoivent alors une information sur l'appareil de coupure de courant à manœuvrer et sur la nature de la manœuvre à effectuer. De chaque nœud commun NI, N2, N3, N4 est issue une des branches de sortie si, s2, s3, s4. Chacune des branches de sortie si, s2, s3, s4 est munie d'une diode dl, d2, d3, d4 pour éviter des retours de courant. Deux branches de sortie si, s2 et s3, s4 d'un même bloc Bl, B2 se rejoignent en un nœud commun N10, N20 qui est connecté à une première borne du circuit d'excitation exl, ex2 du relais d'aiguillage RI, R2 correspondant. Chaque circuit d'excitation exl, ex2 a une autre borne portée à un potentiel donné VI, V2 (généralement la masse) via un moyen de commutation de verrouillage CVl, CV2 dont la position ouverte ou fermée dépend de la position d'autres appareils de coupure de courant voisins celui qui coopère avec le relais d'aiguillage RI, R2 concerné.
On a expliqué plus haut que les différents appareils de coupure de courant du groupe ne pouvaient être manœuvrés qu'en respectant une certaine logique liée aux positions des appareils de coupure de courant voisins. Un relais d'aiguillage donné ne pourra être excité que si d'une part le circuit d'acheminement 14 lui fournit un ordre et si le moyen de commutation de verrouillage associé CV1 ou CV2 est en position fermée.
Les relais d'aiguillage RI, R2 électromagnétiques peuvent avoir plusieurs jeux de contacts qui sont commandés simultanément.
Le premier jeu de contacts jll, j 21 d'un des relais d'aiguillage RI, R2 est un jeu de contacts moteur comme on l'a déjà décrit et il sert à fermer ou ouvrir un tronçon de circuit qui relie le moteur Ml, M2 associé à l'unique contacteur inverseur 11.
De manière classique, chaque appareil de coupure de courant 21, 22 coopère avec au moins une paire de contacts auxiliaires de fin de course ax, bx, les contacts auxiliaires de fin de course ax, bx ont toujours des positions opposées, l'un étant fermé et l'autre étant ouvert lorsque l'appareil de coupure de courant est dans une position stable. L'état ouvert ou fermé des contacts auxiliaires de fin de course ax, bx traduit donc la position ouverte ou fermée de l'appareil de coupure de courant. Les contacts auxiliaires de fin de course ax, bx sont asservis à la fois à l'appareil de coupure de courant 21, 22 et au moteur Ml, M2 correspondants.
On prévoit que chaque relais d'aiguillage RI, R2 comporte un second jeu de contacts jl2, j 21 monté entre les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 et l'un des contacts de fin de course, par exemple ax et un troisième jeu de contacts jl3, j 23 monté entre les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 et l'autre des contacts de fin de course, par exemple bx .
Lorsque ces jeux de contacts jl2, j22, jl3, 23 sont en position de travail, les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 acquièrent ainsi la position ouverte ou fermée de l'appareil de coupure de courant 21, 22 associé via la position des contacts auxiliaires de fin de course ax, bx . Cela permet une surveillance ou même un asservissement de la position de l'appareil de coupure de courant.
On peut prévoir également pour chaque relais d'aiguillage RI, R2 un jeu de contacts jl4, 24 pour l'auto-alimentation, monté entre la première borne du circuit d'excitation exl, ex2 et une source d'auto- alimentation V, via les moyens de pilotage 12. En cas d'anomalie ou en fin de commande, les moyens de pilotage 12 coupent la liaison à la source de d'auto- alimentation V, ce qui fait que tous les jeux de contacts jll, jl2, jl3, j 14 d'un relais d'aiguillage RI, par exemple, qui étaient en position de travail repasseront en position de repos.
On peut également prévoir, coopérant avec chaque appareil de coupure de courant 21, 22, un capteur de position rotatif CP1, CP2 qui traduit la position de ses contacts. Les capteurs de position rotatifs CP1, CP2 sont reliés aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 de manière à lui fournir la position des appareils de coupure de courant 21, 22.
On prévoit également des moyens de mesure
MI du courant alimentant le contacteur inverseur 11. Ces moyens de mesure de courant MI peuvent être intégrés au contacteur inverseur 11 notamment s'il est réalisé par un circuit intégré du type de ceux cités plus haut. En variante, il est possible de prévoir des moyens de mesure de courant MI externes, par exemple de type exploitant l'effet Hall, placés entre la source de tension continue V et le contacteur inverseur 11. Ces moyens de mesure de courant MI sont reliés aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 de manière à ce que les moyens de pilotage 12 puissent surveiller le courant moteur et donc le couple moteur, les efforts générés lors d'une manœuvre et la cinématique de manœuvre de l'appareil de coupure de courant associé. La mesure du courant moteur ramenée aux moyens de pilotage 12 leur permet également de détecter une surintensité et de couper le courant via la commande du contacteur inverseur 11. Cette mesure de courant permet également aux moyens de pilotage 12 de faire varier et d'ajuster la vitesse d'un moteur en manœuvre grâce à la modulation en largeur d'impulsions.
A l'arrêt l'isolation électrique des moteurs Ml, M2 est assurée par le contacteur inverseur 11 en position ouverte, mais également par l'espace entre les contacts du jeu de contacts moteur jll, 21 des relais d'aiguillage RI, R2. Les contacts des jeux de contacts jll, j 21 moteur sont ouverts, c'est-à-dire au repos.
Dans un souci de compacité et de praticité, il est préférable de regrouper tous les composants du dispositif de commande objet de l'invention sur une même carte de circuit imprimé PCB (connu sous l'acronyme PCB pour Printed Circuit Board en anglais) . Cette carte de circuit imprimé PCB sera reliée de préférence par une liaison numérique 16 à l'interface homme-machine 13 à communication numérique pour la transmission des ordres locaux. L'interface-homme machine 13, externe au dispositif de commande objet de l'invention, comportera par exemple un ordinateur à écran tactile. Les ordres locaux sont émis depuis l'ordinateur et ce dernier informe l'utilisateur, grâce à l'écran, de l'état du dispositif de commande.
La liaison numérique 16 sera par exemple une liaison RS 232, une liaison RS 485 ou une liaison Ethernet. On prévoira dans le dispositif de commande objet de l'invention, des moyens de pilotage dédiés à sortie analogique 17 pour transmettre les ordres locaux aux moyens de commutation 111, 113, 121, 123 des moyens d'acheminement 14.
On a représenté sur la figure 4, un exemple de commutateur inverseur statique 11 réalisé à base de transistors. Le contacteur inverseur statique 11 comporte quatre transistors Tl, T2, T3, T4, ici des transistors IGBT montés en pont en H. On rappelle qu'un transistor IGBT est un transistor bipolaire à grille isolée. Les transistors Tl à T4 peuvent être, par exemple, des transistors IRGP50B60PD de la société International Rectifier. On aurait pu utiliser des transistors MOS . Les deux transistors Tl, T2 sont appariés, leur grilles étant connectées à un même dispositif de commande Gl . Ils sont connectés en série, l'émetteur de l'un et le collecteur de l'autre formant un nœud commun E. De la même manière les transistors T3 et T4 sont appariés, leurs grilles étant connectées à un même dispositif de commande G2. Ils sont connectés en série, l'émetteur de l'un et le collecteur de l'autre formant un nœud commun B. Les deux dispositifs de commande Gl, G2 sont reliés aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur statique 11. Les dispositifs de commande Gl, G2 peuvent être des circuits intégrés IR 2114 de la société International Rectifier. Les moteurs référencés M sont montés entre les deux nœuds E et B. cette figure ne montre pas de relais d'aiguillage pour ne pas surcharger la figure. Les collecteurs de deux transistors non appariés, par exemple Tl et T3 n'appartenant pas aux nœuds E et B sont reliés entre eux en un nœud C et les émetteurs de deux transistors non appariés, par exemple T2 et T4 n'appartenant pas aux nœuds E et B sont reliés entre eux en un nœud D. La source de tension continue V est montée entre le nœud C et le nœud D. Les moyens de mesure de courant MI sont prévus entre la source de tension continue V et le contacteur inverseur statique 11 en amont du moteur. Ils comportent une résistance shunt Rsh montée entre la borne positive de la source de tension continue V et le nœud C et un amplificateur différentiel A0 monté en entrée aux bornes de la résistance shunt Rsh et dont la sortie est reliée aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur statique 11.
On va maintenant détailler le fonctionnement d'un tel dispositif de commande. On se réfère de nouveau à la figure 3. On suppose que l'appareil de coupure de courant à manœuvrer référence 21 est ouvert et que l'on désire le fermer. Le moteur Ml associé est à l'arrêt. Les jeux de contacts jll, jl2, jl3, j 14 ; 21 , 22 , 23 , 24 des relais d'aiguillage RI, R2 sont au repos en position disjointe. Le contacteur inverseur 11 est inactivé, et la source de tension continue V n'alimente pas de moteurs .
Les contacts de fin de course ax, bx associés à l'appareil de coupure de courant 21 à manœuvrer sont dans une position telle que le contact ax est ouvert et le contact bx est fermé.
On suppose que le moyen de commutation de verrouillage CV1 associé au relais d'aiguillage RI qui va être excité est fermé et que moyen de commutation 15.4 de verrouillage de polarisation également. On remarque que sur la figure 3, ce n'est pas ce qui est illustré car cette figure montre tous les moyens de commutation ouverts. Depuis l'interface homme-machine 13 un opérateur envoie un ordre local de fermeture de l'appareil de coupure de courant 21. Cet ordre, en transitant par les moyens de pilotage dédiés 17, commande la fermeture du moyen de commutation 113 de la branche d'entrée el3 à fonction locale arrivent au nœud NI puis aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11.
Cet ordre de fermeture se propage au circuit d'excitation exl du relais d'aiguillage RI. Le relais RI est excité et ses jeux de contacts jll, jl2, jl3, 14 passent de la position de repos à la position de travail. Le moteur Ml ne se met pas à tourner car le contacteur inverseur 11 n'est pas activé et aucun courant d'alimentation provenant de la source de tension continue V n'atteint le moteur Ml.
Les jeux de contacts jl3, j 12 du relais d'aiguillage excité RI associés aux contacts de fin de course ax, bx étant en position de travail, les moyens de pilotage 12 acquièrent la position des contacts de fin de course ax, bx de l'appareil de coupure de courant 21 à manœuvrer. Les moyens de pilotage 12 valident l'auto-alimentation du relais d'aiguillage RI excité. Les moyens de pilotage 12 commandent le contacteur inverseur 11 qui alors assure l'alimentation en courant continu du moteur Ml associé à l'appareil de coupure de courant 21 à manœuvrer. Le moteur Ml commence à tourner et manœuvre le ou les contacts mobiles de l'appareil ce coupure de courant 21 pour le fermer. Dès la fermeture de l'appareil de coupure de courant 21, les contacts de fin de course ax, bx ont changé d'état et leur état est transmis aux moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 via les jeux de contacts jl2, 13 du relais d'aiguillage excité RI. Les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 désactivent le contacteur inverseur 11 qui coupe l'alimentation en courant continu du moteur Ml. Ils interrompent aussi l'auto-alimentation du relais excité RI en interrompant la liaison entre le jeu de contacts j 14 et la source d'alimentation V. Tous les jeux de contacts jll, jl2, jl3, j 14 du relais d'aiguillage RI reviennent à l'état de repos. Le même enchaînement se produirait si l'ordre était distant à l'exception que ce sont les moyens de commutation 114 de la branche d'entrée distante el4 qui se fermeraient. Le moyen inverseur 15.3 commuterait pour que le conducteur 15.2 puisse être polarisé. L'interface homme-machine 13 possède un commutateur (non représenté) qui permet, grâce aux moyens de pilotage dédiés 17, de faire passer le moyen inverseur 15.3 d'une position correspondant à la commande locale à une position correspondant à la commande distante et vice-versa. Par contre les moyens de pilotage 12 du contacteur inverseur 11 ne sont pas informés de ce changement commande locale /commande distante.
Le dispositif de commande objet de l'invention apporte une solution complète, intégrée et communicante aux fabricants de matériels pour postes électriques haute tension. Ce dispositif de commande amène à la fois une plus grande sécurité, une plus grande fiabilité et plus de souplesse de fonctionnement que dans l'art antérieur. De plus son coût est réduit puisque moins de composants électroniques sont mis en jeu .
Bien qu'un certain mode de réalisation de la présente invention ait été représenté et décrit de façon détaillée, on comprendra que différents changements et modifications puissent être apportés sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, il est possible d'utiliser d'autres circuits pour réaliser le contacteur inverseur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande d'un groupe d'appareils de coupure de courant (21, 22) par l'intermédiaire, pour chaque appareil de coupure de courant, d'un moteur de manœuvre (Ml, M2 ) , caractérisé en ce qu'il comporte un unique contacteur inverseur
(11) piloté par des moyens de pilotage (12), destiné à être relié à une source d'alimentation (V) des moteurs et de plus, des moyens d'aiguillage (RI, R2 ) d'un courant provenant de la source d'alimentation (V) et transitant par le contacteur inverseur (11), l'unique contacteur inverseur (11) étant connecté aux moteurs par l'intermédiaire des moyens d'aiguillage (RI, R2 ) .
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, dans lequel les moyens de pilotage
(12) pilotent le contacteur inverseur (11) par modulation de largeur d'impulsion s'il est statique ou par tout ou rien s'il est électromécanique.
3. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre des moyens d'acheminement (14) d'un ordre d'ouverture ou de fermeture d'un appareil de coupure de courant (21, 22) d'une part aux moyens de pilotage (12) et d'autre part aux moyens d'aiguillage (RI, R2 ) , cet ordre étant local ou distant.
4. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'aiguillage (RI, R2 ) comportent un relais électromagnétique (RI, R2 ) par moteur (Ml, M2 ) ayant un circuit d'excitation (exl, ex2) relié aux moyens d'acheminement (14) et un ou plusieurs jeux de contacts (jll, jl2, jl3, jl4, j21, j22, j23, j 24 ) aptes à prendre une position de travail lorsque le relais est excité ou une position de repos, l'un de ces jeux de contacts (jll, j 21 ) servant à relier le moteur (Ml, M2 ) au contacteur inverseur (11) lorsqu'il est en position de travail.
5. Dispositif de commande selon la revendication 4, dans lequel deux jeux de contacts (jl2, j 13 ; j22, j 23 ) d'un relais (RI, R2 ) servent à relier les moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur (11) à des contacts de fin de course (ax, bx) associés à l'appareil de coupure de courant (21, 22) .
6. Dispositif de commande selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel un jeu de contacts
(jl4, j 24 ) d'un relais (RI, R2 ) est relié au circuit d'excitation (exl, ex2) du relais et est destiné à être relié à une source d'auto-alimentation (V) du relais via les moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur (11) qui pilotent l'auto-alimentation ou la coupure de l'auto-alimentation du relais (RI, R2 ) , tous les jeux de contacts (jll, jl2, jl3, jl4, j21, j22, j23, 24 ) du relais (RI, R2 ) basculant de la position de travail à la position de repos lorsque les moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur (11) coupent l'auto- alimentation .
7. Dispositif de commande selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel les moyens d'acheminement (14) d'un ordre d'ouverture ou de fermeture d'un appareil de coupure de courant (21, 22) comportent un bloc (Bl, B2) par appareil de coupure de courant, chaque bloc (Bl, B2) comportant des branches en cascade (ell, el2, el3, el4 ; e21, e22, e23, e24), avec deux paires (πΐΐ, π12 ; π21, π22) de branches d'entrée (ell, el2), (el3, el4), (e21, e22), (e23, e24) et deux branches de sortie (si, s2 ; s3, s4) les deux branches d'entrée d'une paire étant destinées à être connectées à une extrémité à une source de polarisation (15) et étant reliées à l'autre extrémité entre elles en un nœud (NI, N2, N3, N4) relié à une branche de sortie (si, s2, s3, s4) et aux moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur (11), les deux branches de sortie (si, s2 ; s3, s4) étant reliées entre elles en un nœud (N10, N20) et aux moyens d'aiguillage (RI, R2 ) , l'une des paires (πΐΐ, π21) servant pour l'ouverture d'un appareil de coupure de courant (21, 22) et l'autre paire (π12, π22) pour la fermeture de l'appareil de coupure de courant, dans une paire une branche d'entrée (ell, el3 ; e21, e23) comportant un moyen de commutation (111, 113 ; 121, 123) commandé par un ordre local et l'autre branche d'entrée (el2, el4 ; e22, e24) comportant un moyen de commutation (112, 114 ; 122, 124) commandé par un ordre distant.
8. Dispositif de commande selon la revendication 7, dans lequel chacune des branches comporte une diode (dll, dl2, dl3, dl4, d21, d22, d23, d24, dl, d2, d3, d4) pour éviter des retours de courant vers la source de polarisation (15) .
9. Dispositif de commande selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le moyen de commutation (112, 114, 122, 124) commandé par un ordre distant a une fonction d'isolation galvanique tel qu'un relais électromagnétique ou un opto-coupleur .
10. Dispositif de commande selon l'une des revendication précédentes, comportant en outre des moyens de mesure du courant (MI) alimentant le contacteur inverseur (11), ces moyens étant intégrés ou non au contacteur inverseur, cette mesure étant transmise au moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur (11).
11. Dispositif de commande selon l'une des revendications 7 à 10, comportant en outre des moyens de pilotage (17) dédiés aux moyens de commutation (111, 113, 121, 123) commandés par un ordre local, ces moyens de pilotage (17) étant destinés à être reliés à une interface homme-machine (13) externe au dispositif de commande.
12. Dispositif de commande selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins le contacteur inverseur (11), les moyens de pilotage (12) du contacteur inverseur, les moyens d'aiguillage (RI, R2 ) sont montés sur une même carte de circuit imprimé (PCB) .
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