EP3259815A1 - Systeme de protection selective d'un reseau electrique et procede de protection associe - Google Patents

Systeme de protection selective d'un reseau electrique et procede de protection associe

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Publication number
EP3259815A1
EP3259815A1 EP16704669.7A EP16704669A EP3259815A1 EP 3259815 A1 EP3259815 A1 EP 3259815A1 EP 16704669 A EP16704669 A EP 16704669A EP 3259815 A1 EP3259815 A1 EP 3259815A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
line
circuit
threshold
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16704669.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Eddy KAISERLIAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3259815A1 publication Critical patent/EP3259815A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/083—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for three-phase systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/093—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means
    • H02H3/0935—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current with timing means the timing being determined by numerical means

Definitions

  • the present invention relates to a system for selective protection of an electrical network comprising at least one main line and at least one secondary line, and an associated protection method.
  • a system comprising current sensors adapted to detect short-circuit currents in such an electrical network and to selectively cut the current in the main line or in one of the secondary lines.
  • the invention can be applied both to the protection of DC and AC networks.
  • the invention thus aims to improve existing protection systems and methods.
  • An electrical network may include at least one main power line upstream and a number of secondary power lines downstream.
  • the main line is equipped with a main cut-off device and the secondary lines are generally all equipped with circuit-breakers in case of short-circuit or overload, to cut the current respectively on the main line or on a secondary line, in order to to protect the installations fed by the network of currents of too high intensity, and / or the men of the electrocution.
  • the circuit breakers are typically each equipped with sensors for measuring a current, a voltage or an impedance on their main or secondary line, and a control unit.
  • the control units communicate with each other and exchange information as to the state of the line, that is to say the intensity of the current passing through it, or the voltage or the state of the circuit breaker, typically at the using a microprocessor. It also happens that a circuit breaker does not work and does not trip, even in the event of a short circuit or overload. For the sake of security, it is then necessary to provide robust and reliable security in order to secure the entire network.
  • US Patent 5,905,616 discloses a system for protecting a network comprising a circuit breaker upstream on a power line and several downstream circuit breakers on secondary power lines and connected to a microprocessor of the upstream circuit breaker. This microprocessor controls the tripping of downstream circuit breakers. The importance of downstream lines is prioritized and ranked in order of importance.
  • the upstream circuit breaker has a microprocessor which is stored in the hierarchy of downstream circuit breakers. In the event of a network overload, the microprocessor can send a signal to a downstream circuit breaker and trigger it. The current on the electrical line of the circuit breaker is thus cut and, preferably on the lines of minor importance.
  • 5,905,616 implements circuit breakers whose microprocessors communicate with each other. Such a protection system can not therefore be applied to an existing network. In other words, applying the disclosed system to an existing network involves the complete change of existing circuit breakers by circuit breakers adapted to communicate with each other via a microprocessor. In addition, no security is provided in case of non-tripping of a secondary circuit breaker.
  • the patent application US 2014/0078628 A1 describes a protection system of an electrical network comprising several circuit breakers cascaded over power lines. These circuit breakers communicate with each other by means of a microprocessor integrated in each circuit breaker. Each circuit breaker has a current sensor connected to an internal microprocessor. Downstream microprocessors are connected to upstream microprocessors. Each microprocessor has a memory in which several threshold values are stored. Beyond one of these threshold values, the circuit-breaker trips and informs the upstream circuit-breaker if necessary. The upstream circuit breaker then adapts its threshold values according to the state of the downstream network.
  • This system operates with circuit breakers having internal electronics communicating with each other and, like US Pat. No. 5,905,616, can not be implemented on an already existing network with secondary circuit breakers already installed without replacing them.
  • the patent application WO 2006/108860 describes a protection system of a single-line electrical network comprising an upstream circuit breaker and a downstream circuit breaker, a current sensor and a voltage sensor being integrated in the upstream circuit breaker.
  • a circuit breaker serves as a backup circuit breaker or "back-up".
  • This protection system relying on voltage and current measurements only at the upstream circuit breaker to calculate the impedance of the network, can not be implemented for a network comprising a plurality of secondary lines.
  • the object of the invention is to at least partially meet this (these) need (s).
  • the subject of the invention is a system for selective protection of an electrical network comprising at least one main electrical line with one or more current lines, at least one secondary line with one or more current lines and connected in downstream to at least one main power line, the system including at least one main protection assembly, said head assembly, connected to a main power line, and secondary protection assemblies each connected to a secondary line,
  • the head assembly comprising at least:
  • this sub-assembly being adapted to cut off the current of the main power line
  • control circuit connected to the subassembly and adapted to control the tripping of the subassembly
  • each current sensor connected to each current line, each current sensor being adapted to measure as input the current flowing through the line to which it is connected and delivering at its output a current and / or a voltage proportional to the current that he measures,
  • the head threshold means for transmitting a signal to the control circuit when the current and / or the output voltage of the current sensor is greater than the head threshold
  • each of the secondary sets comprising at least:
  • each current sensor being adapted to measure the current and / or the voltage traversing the current line to which it is connected and delivering at its output a current and / or a proportional voltage (the) current and or the voltage that it measures,
  • the secondary circuit breaker (s) of each secondary line being adapted (s) to trip in case of a short circuit on the latter, independently of the control circuit, the control circuit of the head assembly not being connected to any of the secondary circuit breakers.
  • a secondary circuit breaker may trip without receiving a signal from the control circuit of the head assembly, in case of a short circuit on the secondary power line on which it is mounted.
  • the secondary circuit breaker does not send a signal to the control circuit and also does not receive a signal from the control circuit.
  • the tripping of a secondary circuit breaker is independent of that of the other circuit breakers.
  • Each comparator may be advantageously connected firstly to a reference voltage of a certain value, called the threshold, and secondly to the output of the recovery means. This value is predetermined by design for each secondary circuit breaker according to the maximum current that the latter can withstand before being tripped. A secondary circuit breaker may therefore have a secondary threshold different from another secondary circuit breaker.
  • the system according to the invention can operate with current sensors of different types, and can thus be adapted to all types of networks, whether high voltage, low voltage or very low voltage
  • the system according to the invention makes it possible to detect the short-circuit current upstream and downstream and to cut off the current on the main line for protect electrical installations powered by the power grid. If the current sensors on the secondary line with the short circuit do not measure by a normal current after a given period of time, the current is cut off on the main line.
  • the cut-off device of the head assembly thus serves as a backup circuit breaker or "back-up" to all secondary circuit breakers.
  • the system according to the invention is also very robust since no control signal is sent by the circuit breakers themselves, and since the control circuit is not necessarily a microprocessor. Indeed, it can be a logic circuit. This protects the system from malfunctions related to the use of programs ("software" in English).
  • a fault current other than a short-circuit such as an electrical overload, is interrupted by the head cut-off device or one of the secondary circuit-breakers independently without involving the system according to the invention. invention.
  • the cutoff member of the head assembly may be a circuit breaker, a switch or a switch.
  • the intensity of the current flowing through it is constantly controlled by two parts, one of which operates by thermal effect and detects the overload currents and the other of which operates by magnetic effect. and detects short circuit currents.
  • a low voltage circuit breaker has a bimetallic strip as a thermal effect portion and an electromagnetic coil as a magnetic effect portion.
  • the head assembly comprises means for processing the signals coming from the output of each current sensor.
  • the head assembly advantageously comprises comparator circuits connected to each of the outputs of the rectifying means, each comparator circuit being adapted to compare the current and / or the output voltage of the processing means with a predetermined value called threshold head, and emit a signal to the control circuit when the current and / or the output voltage of the current sensor is greater than the head threshold.
  • At least one of the secondary assemblies comprises means for rectifying the signals coming from the output of each current sensor.
  • the secondary assembly comprising comparator circuits connected to each of the outputs of the rectifying means, each comparator circuit being adapted to compare the current and / or the output voltage of the rectifying means with a predetermined value called secondary threshold and specific to each secondary line, and transmit a signal to the control circuit of the head assembly when the current and / or the output voltage of the current sensor is greater than the secondary threshold.
  • the straightening means of the head assembly and / or secondary assemblies are bridges made of diode, preferably arranged in so-called Graetz bridges.
  • the rectifying means of the head assembly and / or secondary assemblies are bridges made of thyristors.
  • the main line delivers a direct current.
  • the main line delivers an alternating current.
  • the main line comprises one, two, three or four current lines, possibly including a neutral current line. It can thus include four current lines including a neutral current line.
  • the comparator circuits of the head assembly and / or secondary assemblies are adapted to transmit an "all-or-nothing" signal (TOR) to the control circuit.
  • TOR all-or-nothing signal
  • the comparator circuits are operational amplifiers each configured as a comparator.
  • a logic circuit may advantageously be connected between the output of the comparator circuits of the head assembly and the control circuit, the logic circuit performing the sum of the output signals of the comparator circuits.
  • a logic circuit is connected between the output of each comparator circuit of the secondary assemblies and the control circuit, each logic circuit performing the sum of the output signals of the comparator circuits of the secondary assembly to which it is connected. . This allows in particular to configure the control circuit with a single signal for each main or secondary power line.
  • the system advantageously comprises means adapted to connect the output of each logic circuit and the control circuit.
  • These means may consist of an optocoupler, which has the additional advantage of being able to electrically isolate the circuits from each other.
  • control circuit comprises a memory in which at least the cut-off times of the secondary circuit breakers and, where appropriate, a margin time, are recorded.
  • cut-off time is meant the time during which the circuit-breaker performs its breaking action as a whole, from its tripping to the total breaking of the current.
  • the break time of a secondary circuit breaker for a magneto-thermal circuit breaker is the sum of the trip duration, the breaker pole opening time and the arc extinction time. electric.
  • the head cutoff member and / or the secondary breakers is (are) selected from magneto-thermal circuit breakers or self-blowing or auto-pneumatic breakers.
  • the invention also relates to a method for protecting an electrical network comprising at least one main electrical line with one or more current lines, at least one secondary line with one or more current lines and connected downstream with at least one a main electrical line, at least one cut-off member being mounted on connected to each main electrical line and at least one secondary circuit-breaker being connected to each secondary line, the method comprising the following steps:
  • b7, b '7, or b "7 process the signals from the current sensors, so as to
  • the transmitted signals are "all-or-nothing" (TOR) signals.
  • TOR all-or-nothing
  • FIG. 1A diagrammatically represents a head assembly of an embodiment of a protection system according to the invention
  • FIG. 1B is a diagrammatic view of one of the secondary assemblies of a protection system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a flowchart of an exemplary protection method according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates the various steps of the protection method according to FIG. 2;
  • FIGS. 4A and 4B show examples of trip curves of magneto-thermal circuit breakers from which threshold values of the secondary assemblies according to the invention are determined
  • FIGS. 5 and 6 illustrate the steps of the protection method in the event of a short-circuit at different points of the electrical network
  • FIG. 7 illustrates the operation of rectifying a current or a voltage
  • FIG. 8 represents the trip curves of magneto-thermal circuit breakers from which threshold values of three secondary units according to the invention are determined
  • FIGS. 9A to 9D show the trip curves of a magneto-thermal circuit breaker from which the thresholds and the main countdown values for the head assembly according to the invention are determined
  • FIGS. 10A to 10D and 11A to 11E show the voltage curves recorded at different locations of a system according to the invention, during a simulation
  • FIG. 12 is a schematic view of an electrical network with a common protection part both to a system according to the invention and a system according to the state of the art.
  • FIG. 12 shows an electrical network as it currently exists with a protection part common to both a system according to the invention and a system according to the state of the art.
  • the network comprises firstly a main power line 5, with three current lines 50b, 50c, 50d each carrying a phase and a neutral current line 50a.
  • a cutoff member 51 is mounted on this main line 5.
  • the main line 5 is a three-phase star-coupled line (Y) with neutral output.
  • the network comprises downstream of the main line 5, three secondary lines 6 ', 6 "and 6"'.
  • Each of these secondary lines 6 ', 6 "and 6'” also comprises four current lines 60'a, 60'b, 60'c, 60'd, whose current line 60'a is a neutral line and the three current lines 60'b, 60'c, 60'd each carry one phase.
  • a circuit breaker 61 ', 61 ", 61"' is mounted on each of these secondary lines 6 ',
  • the head assembly 2 is mounted on a main electrical line 5.
  • each of these current lines is mounted a current sensor 40a, 40b, 40c, 40d outputting a voltage proportional to the current it measures.
  • Each of these sensors can be adapted to measure an intensity traversing the network depending on the type of power supply of the high voltage network, low voltage or very low voltage.
  • the signals from these sensors arrive at the rectifying means 41.
  • the rectifying means are Graetz diode bridges 41a, 41b, 41c and 41d.
  • the recovery operation performed is illustrated in FIG. 7: the output of this type of bridge approaches the absolute value of the input.
  • the rectifying means 41 are connected at their output to comparator circuits 42.
  • the comparator circuits are operational amplifiers 42a, 42b, 42c, 42d configured as comparators.
  • Each of the operational amplifiers 42a, 42b, 42c, 42d receives at its inverting input an input voltage of a predetermined value, called the head threshold. Thresholds are typically the same for the same power line.
  • each of the operational amplifiers 42a, 42b, 42c, 42d is connected to the output of one of the rectifying means 41.
  • the output of the logic circuit 43 is zero only if all its inputs are “nothing" signals. If only one of its inputs is an “all” signal, then the output of the logic circuit is also an “all” signal. The logic circuit 43 thus also emits a digital signal. This digital signal coming from the logic circuit 43 is then sent to the control circuit 40.
  • the control circuit 44 receives digital signals from the output of the logic circuit 43.
  • the control circuit is adapted to, if it receives an "all" signal, trigger a main countdown C.
  • the main countdown C has an initial value equal to a predetermined duration.
  • the control circuit orders the triggering of the head cut-off device 51.
  • the head cutoff member 51 is a quadrupole breaker.
  • the control circuit 44 may comprise only logical elements and therefore not run a program, in order to overcome the risk of failure related to the use of a program (software). This makes the protection system according to the invention more robust.
  • control circuit 44 may also include a microprocessor. It may also include a memory including in particular the duration of the main countdown C.
  • the control circuit 44 is also connected to three optocouplers 31, 31 ",
  • FIG. 1B there is shown a secondary assembly 3 'connected to the input of an optocoupler 3.
  • This secondary assembly is connected to a secondary electrical line 6 'located downstream of the main power line 5. It also comprises four current lines 60'a, 60'b, 60'c, 60'd, the current line 60'a being a neutral line and the three current lines 60'b, 60'c, 60'd each carrying a phase. On the line 6 'is a quadrupole circuit breaker 61' not connected to the rest of the protection system. Each of the current sensors 70'a, 70'b, 70'c, 70'd is connected to each of the current lines 60'a, 60'b, 60'c, 60'd and is adapted to measure the currents traversing the corresponding current line. They deliver at their output a voltage proportional to the current they measure.
  • the output of the current sensors is connected to the input of the rectifying means
  • Each of these comparators 72'a, 72'b, 72'c, 72'd has an inverting input voltage of a predetermined value, called secondary threshold.
  • the thresholds are typically the same for the same power line, but may be different between the secondary power lines.
  • the outputs of the rectifying means are connected to the non-inverting input of the operational amplifiers.
  • a "nothing" signal coming from the input of the optocoupler is not transformed into a light signal and remains at the output of the optocoupler a "nothing" signal.
  • the output of the optocoupler 31 'therefore also emits a digital signal.
  • the other two secondary assemblies 3 "and 3"' are identical to the secondary assembly 3' which has just been described and not a concern for clarity and brevity are not shown and described.
  • Each of these two other secondary assemblies is respectively connected to the input of one of the other two optocouplers 31 ", 3".
  • Each of the outputs of the optocou their 3, 31 "and 3" is connected to the control circuit 44.
  • the output of the logic circuits 43, 73 emits an "all" signal if the currents measured by their associated current sensors are greater than a threshold threshold value or a secondary threshold value.
  • An “all” output value corresponds to the detection of a short circuit current.
  • a short circuit can occur in many places on the power grid.
  • FIGS. 5 and 6 Several cases of short-circuit are illustrated in FIGS. 5 and 6.
  • the short-circuit occurs on the line 6 'downstream of the circuit breaker 61'.
  • the short circuit occurs downstream of the head assembly 5 and upstream of the secondary assemblies 3 ', 3 ", 3"'.
  • the control circuit 44 cancels the main countdown initiated by the head assembly 2, then launches a secondary countdown C1, C2 or C3 on receipt of an "all" signal from a secondary set 3 ', 3 "or 3" '.
  • the initial values of the secondary countdowns C1, C2 and C3 are predetermined values that may be different for the different subsets 3 ', 3 "or 3"'. This value corresponds, at least, to the cut-off time of the secondary circuit breaker of the secondary electrical line connected to the secondary assembly which emitted the "all" signal.
  • the control circuit orders the triggering of the head cutoff device 51.
  • the short-circuit current is upstream of the secondary circuit-breaker 61 'as illustrated in FIG. 6, or if the short-circuit current is downstream as illustrated in FIG. 5, but the secondary circuit-breaker 61' has a fault, the secondary countdown timer expires.
  • the short-circuit current persists and the head cut-off device 51 is triggered by a command of the control circuit 44. The current is thus cut off on the main electrical line 5 upstream and therefore on all the secondary lines 6 ', 6 ", 6"' downstream .
  • the installations fed by the electrical network and the men are thus protected from short circuits.
  • the current line currents of the main power line are measured (step a).
  • Current sensors output image signals proportional to the measured current to the rectifying means. These image signals are then rectified (step b) and then compared (step c) with the leading threshold.
  • a signal is emitted towards the control circuit 44.
  • the latter launches the main countdown of value C equal to a predetermined duration (step d).
  • the main countdown C if the measured current is always greater than the leading threshold, the current is cut on the main power line.
  • the currents in the secondary power lines are also measured for each current line (step a ', a ", a'"), rectified (step b ', b ", b'") and then compared with a secondary threshold specific to each current line for each power line (step c ', c ", c'").
  • a signal is emitted, this signal causing if necessary the cessation of the main countdown C and the launching a secondary countdown C1, C2 or C3 (step d ', d ", d") according to the line concerned.
  • the current measured in the secondary power line is still greater than the secondary threshold specific to this line, the current is cut on the main power line.
  • Such a method advantageously allows time for each secondary circuit breaker to perform its action of breaking current on a secondary line before making the decision to cut off the power on the main power line.
  • the initial value of a secondary countdown, for each secondary power line is the time it takes for the secondary breaker to cut the power on that secondary line, that is, its break time. This duration can vary from one circuit breaker to another and is intrinsic to the type of circuit breaker, and is therefore part of the manufacturer's data.
  • the circuit breakers are preferably magneto-thermal.
  • the initial value of the main countdown is preferably chosen to be equal to the longest of the cut-off times, plus a margin time.
  • Secondary thresholds are also chosen based on the manufacturer's data for each secondary breaker. As already said, according to the invention, even if the secondary thresholds are defined according to the secondary circuit breakers, the latter do not receive a control signal.
  • FIGS. 4A and 4B illustrate a method of predetermination by the inventor of the secondary thresholds for magneto-thermal circuit breakers.
  • the secondary threshold is preferably equal to the tripping threshold of the secondary circuit breaker considered.
  • the circuit breaker tripping curve has a high envelope and a low envelope, and each envelope has a portion that corresponds to the thermal operation of the circuit breaker, and a portion that corresponds to the magnetic operation thereof.
  • the thermal operation corresponds to the case of an overload on the secondary electrical line
  • the magnetic operation corresponds to the case of a short-circuit on the line.
  • the secondary threshold is chosen as being the lowest magnetic tripping threshold of the upper envelope of the tripping curve of the secondary circuit breaker considered.
  • FIG. 2 illustrates a detailed flowchart that shows the logical relationships between the state of a current sensor of a head or secondary assembly (detection of a current greater than a threshold and transmission of a digital signal) and the commands issued by the control circuit during a protection process implemented by the system illustrated in FIGS. 1A and 1B.
  • the control method is first initialized (step SO).
  • the intensity of the current in each current line of the main power line 5 is measured and compared to the leading threshold (step S 101).
  • step S 102 If one of these intensities exceeds the threshold of head, one checks whether a main countdown has already been started or not (step S 102).
  • step S 103 If not, the main countdown is started.
  • step S 108 If so, it is verified that it has not completed (step S 108).
  • the intensity of the current in each current line of the main power line 5 is measured again and compared to the leading threshold (step S 109).
  • control method is re-initialized (step S0).
  • the eventual completion of the main countdown causes the triggering through the control circuit 44 of the head cutoff member 51 (step S 107).
  • step S104 If no current greater than the secondary threshold specific to the line 6 'is detected, this step is repeated for the next line 6 "(step S104").
  • this step is repeated for the line 6" '(step S104' ").
  • a short-circuit current is detected on a secondary electrical line, for example the line 6 ', that is to say that the intensity of a current measured on a current line is greater than only secondary clean line 6 ', then the main countdown is, if necessary, canceled and a secondary countdown is initiated by the control circuit 44 (step S 105 ").
  • the current is measured again on each current line of the secondary electrical line 6 '(step S106').
  • step S104 If no current greater than the secondary threshold is detected on the secondary power line 6 ', no action is taken and go to step S104 ".
  • the control circuit 44 triggers the cut-off member 51 and the current of the main power line is cut (step S 107).
  • FIGS. 8 and 9A to 9D illustrate the method of choice by the inventor of the main and secondary countdown values, the head threshold and the secondary thresholds for the implementation of a protective system prototype applicable to a network as shown in Figure 12.
  • a current of 16A crosses the line 6 '
  • a current of 250 A crosses the line 6 "and a current of 400A crosses the line 6"'.
  • the secondary circuit breaker 61 'mounted on the secondary line 6' has a tripping curve 9 'of threshold i s i (160A) and trip duration tdi (0.03s).
  • the secondary circuit breaker 61 "mounted on the secondary line 6" has a tripping curve 9 "i s2 (419A) and tripping time td 2 (0.085s).
  • the secondary circuit breaker 61 "'mounted on the secondary line 6"' has a threshold tripping curve 9 "'i S 3 (3536A) and tripping duration td3 (0.085s).
  • the thresholds i s i, i s2 and i s3 are chosen on the curves as each being the lowest value for the high envelope of the secondary circuit breaker concerned.
  • the tripping times tdi, td 2 and td3 are chosen by correspondence to these values on the curve.
  • the respective values of each of the corresponding secondary countdowns C1, C2 and C3 are then calculated by adding to the tripping time, the data of the circuit-breaker manufacturer, namely the opening time of the poles of the circuit-breaker (t ol , t o2 , t 0 3) and the duration of extinction of the internal electric arc (t cl , t c2 , ta).
  • the value of each secondary countdown is thus obtained by summing for each circuit-breaker the trip duration, the opening time of the poles and the extinction time of the internal electric arc, that is, ie by making the following sum for each secondary countdown:
  • n is the numerical index corresponding to the secondary line concerned (1 for line 6 ', 2 for line 6 "and 3 for line 6"'),
  • Cn is the secondary countdown specific to the index line n
  • td is the trip time specific to the circuit breaker of the index line n
  • ton is the breaker specific breaker duration of the index line n
  • t cn is the break time of the breaker-specific arc of the index line n.
  • the countdown value is thus chosen as at least equal to the cut-off time of the secondary breaker.
  • FIGS. 10A to 10D and 11A to 11E illustrate measurements made on the prototype protection system according to the invention, with the previous values.
  • a signal simulating a short circuit of 270A for 110 ms is injected on the main electrical line 5 and on the secondary electrical line 6 '.
  • FIGS. 11A to 11E The signals measured on the head (main) assembly 2 are shown in FIGS. 11A to 11E and the signals measured on the secondary assembly 3 'are shown in FIGS. 10A to 10D.
  • the injected signal is first measured at the current sensors of the head assembly 2 mounted on the line 5 (Fig. 11A) and the secondary assembly 3 'mounted on the line 6' (Fig. 10A).
  • the image signals of the current sensors are then rectified at the rectifying means 41: only the rectified current of the main assembly 2 is shown in FIG. 11B.
  • the rectified signals are then compared to the thresholds at the comparator circuits 42 of the head assembly 2 (FIG. 11C) and those 72 of the secondary assembly 3 '(FIG. 10C).
  • the threshold for the head set is the head threshold i s t and the threshold for the secondary set 3 is the secondary threshold i s i.
  • the comparator circuits Since the head threshold equal to 630A is greater than the injected signal equal to 270A, the comparator circuits output a "nothing" signal and a "nothing” signal is observed at the output of the logic circuit 43 located after the comparator circuits 42 ( Figure 11D). On the other hand, the output of the logic circuit 73 emits "all" signals, which results in a signal at the output of the optocoupler 31 '(FIG. 10D). The secondary countdown, equal in this case to 60ms, is triggered.
  • the head value thus makes it possible to trigger, as desired by the operator, the head assembly or a secondary assembly according to the value of the head threshold with respect to the secondary threshold.
  • the control circuit 44 then transmits to the head cut-off device 51 a signal controlling the breaking of the current on the main power line 5 (FIG. 11E). The current is then cut off on the electrical network.
  • the main line cutoff member is a circuit breaker, it can just as easily be a contactor or a switch depending on the applications.
  • circuit breakers may be other than magneto-thermal circuit breakers implemented in the examples illustrated.
  • the circuit breakers can also be, for high voltage ac application, breakers commonly called auto-blow or autopneumatic.
  • the cut-off device and the circuit-breakers are mounted directly on their respective power lines, they can also be connected indirectly to these, in particular by being mounted in an electrical cabinet and / or deported relative to the line.

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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un système de protection sélectif d'un réseau électrique comportant au moins une ligne électrique principale (5) et au moins une ligne secondaire (6', 6", 6"'), le système comportant au moins un ensemble de protection principal (2), dit ensemble de tête, relié à une ligne électrique principale, et des ensembles de protection secondaires (3', 3", 3"') reliés chacun à une ligne secondaire, l'ensemble de tête comportant: -un sous-ensemble comportant un circuit électrique, un organe de coupure, et un circuit de commande (44) relié au sous-ensemble et adapté pour commander le déclenchement du sous-ensemble, et chacun des ensembles secondaires comportant: -un disjoncteur, dit disjoncteur secondaire (61', 61", 61"'); le(s) disjoncteur(s) secondaire(s) de chaque ligne secondaire étant adapté(s) pour se déclencher en cas de court-circuit sur cette dernière, indépendamment du circuit de commande, le circuit de commande de l'ensemble de tête n'étant relié à aucun des disjoncteurs secondaires.

Description

SYSTEME DE PROTECTION SELECTIVE D'UN RESEAU ELECTRIQUE ET
PROCEDE DE PROTECTION ASSOCIE
Domaine technique
La présente invention concerne un système de protection sélective d'un réseau électrique comportant au moins une ligne principale et au moins une ligne secondaire, et un procédé de protection associé.
Elle concerne plus particulièrement un système comportant des capteurs de courant adaptés pour détecter des courants de court-circuit dans un tel réseau électrique et pour couper de manière sélective le courant dans la ligne principale ou dans une des lignes secondaires.
L'invention peut s'appliquer aussi bien à la protection de réseaux en courant continu qu'en courant alternatif.
L'invention vise ainsi à améliorer les systèmes et procédés de protection existants. Art antérieur
La coupure de courant sélective est un enjeu crucial pour la sécurité des réseaux de transmission et/ou de distribution de courant électrique. Un réseau électrique peut comporter au moins une ligne électrique principale en amont et un certain nombre de lignes électriques secondaires en aval. La ligne principale est dotée d'un organe de coupure principal et les lignes secondaires sont généralement toutes dotées de disjoncteurs pour, en cas de court-circuit ou de surcharge, couper le courant respectivement sur la ligne principale ou sur une ligne secondaire, afin de protéger les installations alimentées par le réseau de courants d'intensité trop élevée, et/ou les hommes de l'électrocution.
Lorsqu'il est nécessaire de couper le courant à un endroit du réseau en raison d'un court-circuit, il est toujours souhaitable de couper le courant sur une ligne secondaire plutôt que sur la ligne principale. Cela permet de pouvoir continuer à distribuer le courant sur le reste du réseau. S'il n'est pas possible de faire autrement, il faut néanmoins couper le courant sur la ligne principale, toujours par souci de protéger les installations et/ou les hommes.
Afin d'assurer la sélectivité de la coupure, les disjoncteurs sont typiquement chacun doté de capteurs pour mesurer un courant, une tension ou une impédance sur leur ligne principale ou secondaire, et d'une unité de contrôle. Les unités de contrôle communiquent entre elles et échangent des informations quant à l'état de la ligne, c'est-à-dire l'intensité du courant la traversant, ou encore la tension ou l'état du disjoncteur, typiquement à l'aide d'un microprocesseur. Il arrive aussi qu'un disjoncteur ne fonctionne pas et qu'il ne se déclenche pas, même en cas de court-circuit ou de surcharge. Par souci de sécurité, il convient alors de prévoir une sécurité robuste et fiable afin de pouvoir sécuriser l'ensemble du réseau.
Le brevet US 5 905 616 décrit un système de protection d'un réseau comprenant un disjoncteur en amont sur une ligne électrique et plusieurs disjoncteurs en aval sur des lignes électriques secondaires et connectés à un microprocesseur du disjoncteur amont. Ce microprocesseur commande le déclenchement des disjoncteurs en aval. L'importance des lignes en aval est hiérarchisée et classée par ordre d'importance. Le disjoncteur en amont possède un microprocesseur qui est a en mémoire la hiérarchie des disjoncteurs en aval. En cas de surcharge du réseau, le microprocesseur peut émettre un signal vers un disjoncteur en aval et provoquer son déclenchement. Le courant sur la ligne électrique du disjoncteur est ainsi coupé et, de préférence sur les lignes de moindre importance. Le système divulgué dans le brevet US 5 905 616 met en œuvre des disjoncteurs dont les microprocesseurs communiquent entre eux. Un tel système de protection ne peut donc pas être appliqué à un réseau existant. Autrement dit, appliquer le système divulgué à un réseau existant implique le changement complet des disjoncteurs existants par des disjoncteurs adaptés pour communiquer entre eux via un microprocesseur. De plus, aucune sécurité n'est prévue en cas de non-déclenchement d'un disjoncteur secondaire.
La demande de brevet US 2014/0078628 Al décrit un système de protection d'un réseau électrique comprenant plusieurs disjoncteurs en cascade sur des lignes électriques. Ces disjoncteurs communiquent entre eux par le biais d'un microprocesseur intégré à chaque disjoncteur. Chaque disjoncteur possède un capteur de courant relié à un microprocesseur interne. Les microprocesseurs en aval sont reliés aux microprocesseurs en amont. Chaque microprocesseur possède une mémoire dans laquelle sont enregistrées plusieurs valeurs seuil. Au-delà d'une de ces valeurs seuil, le disjoncteur se déclenche et informe le cas échéant le disjoncteur amont. Le disjoncteur amont adapte alors ses valeurs seuil en fonction de l'état du réseau en aval. Ce système fonctionne avec des disjoncteurs possédant des électroniques internes communiquant entre elles et, tout comme le brevet US 5 905 616, ne peut pas être mis en place sur un réseau déjà existant avec des disjoncteurs secondaires déjà installés sans remplacer ces derniers.
La demande de brevet WO 2006/108860 décrit un système de protection d'un réseau électrique à une seule ligne électrique comportant un disjoncteur en amont et un disjoncteur en aval, un capteur de courant et un capteur de tension étant intégrés au disjoncteur amont. Un disjoncteur sert de disjoncteur de secours ou « back-up ». Les capteurs servent à déterminer l'impédance de la ligne électrique en sortie du disjoncteur. Ce système de protection, s 'appuyant sur des mesures de tension et de courant uniquement au niveau du disjoncteur amont pour calculer l'impédance du réseau, ne peut pas être mis en œuvre pour un réseau comprenant une pluralité de lignes secondaires.
De plus, quel que soit le système de protection de l'antérieur qui vient d'être décrit, la nécessité de faire fonctionner un microprocesseur lors de la protection réduit de fait la robustesse du système, puisque celui-ci doit à la fois mettre en œuvre sur un programme (ou « software ») et des circuits électriques dédiés (ou « hardware »). Les risques de défaillance sont ainsi cumulés.
II existe ainsi un besoin général de simplifier et d'améliorer encore la sélectivité, la fiabilité et la sécurité des réseaux électriques, et ce de manière simple et à un coût faible.
Il existe également un besoin particulier de pouvoir trouver un système de protection qui réponde au besoin général et qui permet une mise en œuvre sur des installations de protection déjà existantes.
Le but de l'invention est de répondre au moins partiellement à ce(s) besoin(s).
Résumé de l'invention
Pour ce faire, l'invention a pour objet un système de protection sélectif d'un réseau électrique comportant au moins une ligne électrique principale à une ou plusieurs lignes de courant, au moins une ligne secondaire à une ou plusieurs lignes de courant et reliées en aval à au moins une ligne électrique principale, le système comportant au moins un ensemble de protection principal, dit ensemble de tête, relié à une ligne électrique principale, et des ensembles de protection secondaires reliés chacun à une ligne secondaire ,
l'ensemble de tête comportant au moins:
- un sous-ensemble comportant un circuit électrique et un organe de coupure, dit organe de coupure de tête, ce sous-ensemble étant adapté pour couper le courant de la ligne électrique principale,
- un circuit de commande relié au sous-ensemble et adapté pour commander le déclenchement du sous-ensemble,
- un capteur de courant relié à chaque ligne de courant, chaque capteur de courant étant adapté pour mesurer en entrée le courant parcourant la ligne à laquelle il est relié et délivrant à sa sortie un courant et/ou une tension proportionnel(le) au courant qu'il mesure,
- des moyens pour comparer le courant/ou la tension délivrée en sortie de chaque capteur de courant avec une valeur prédéterminée dite seuil de tête - des moyens pour émettre un signal vers le circuit de commande lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil de tête,
chacun des ensembles secondaires comportant au moins:
- un disjoncteur dit disjoncteur secondaire,
- un capteur de courant relié à chaque ligne de courant, chaque capteur de courant étant adapté pour mesurer le courant et/ou la tension parcourant la ligne de courant à laquelle il est relié et délivrant à sa sortie un courant et/ou une tension proportionnel(le) au courant et ou la tension qu'il mesure,
- des moyens pour comparer le courant/ou la tension délivrée en sortie de chaque capteur de courant avec une valeur prédéterminée dite seuil secondaire,
- des moyens pour émettre un signal vers le circuit de commande lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil secondaire, le(s) disjoncteur(s) secondaire(s) de chaque ligne secondaire étant adapté(s) pour se déclencher en cas de court-circuit sur cette dernière, indépendamment du circuit de commande, le circuit de commande de l'ensemble de tête n'étant relié à aucun des disjoncteurs secondaires.
Par « indépendamment », on entend qu'un disjoncteur secondaire peut se déclencher sans recevoir de signal du circuit de commande de l'ensemble de tête, en cas de court-circuit sur la ligne électrique secondaire sur laquelle il est monté.
Autrement dit, le disjoncteur secondaire n'envoie pas de signal au circuit de commande et ne reçoit non plus de signal provenant du circuit de commande. Le déclenchement d'un disjoncteur secondaire est indépendant de celui des autres disjoncteurs.
Chaque comparateur peut être avantageusement relié d'une part à une tension de référence d'une certaine valeur, appelée seuil, et d'autre part à la sortie des moyens de redressement. Cette valeur est prédéterminée par conception pour chaque disjoncteur secondaire en fonction du courant maximum que ce dernier peut supporter avant de se déclencher. Un disjoncteur secondaire peut donc présenter un seuil secondaire différent d'un autre disjoncteur secondaire.
Il est aisé d'équiper une installation existante avec le système selon l'invention. En effet, il n'est pas nécessaire de changer les disjoncteurs en place par des nouveaux disjoncteurs sur chaque ligne secondaire : il suffit d'installer sur chaque ligne un capteur de courant et des circuits électriques associés. Seul l'ensemble de tête nécessite le montage d'un circuit de commande adapté. En outre, le système selon l'invention peut fonctionner avec des capteurs de courant de différents types, et peut ainsi être adaptés à tous types de réseaux, qu'ils soient haute tension, basse tension ou très basse tension
En cas de non-déclenchement d'un disjoncteur secondaire, lors d'un court-circuit, le système selon l'invention permet de détecter le courant de court-circuit en amont et en aval et de couper le courant sur la ligne principale pour protéger les installations électriques alimentées par le réseau électrique. Si les capteurs de courant sur la ligne secondaire présentant le court-circuit ne mesurent par un courant normal après un laps de temps donné, le courant est coupé sur la ligne principale. L'organe de coupure de l'ensemble de tête sert ainsi de disjoncteur de secours ou « back-up » à l'ensemble des disjoncteurs secondaires.
Le système selon l'invention est également très robuste puisqu'aucun signal de commande n'est envoyé par les disjoncteurs eux-mêmes, et puisque le circuit de commande n'est pas nécessairement un microprocesseur. En effet, il peut s'agir d'un circuit logique. Cela prémunit le système de dysfonctionnements liés à l'emploi de programmes (« software » en anglais).
On précise qu'un courant de défaut autre qu'un court-circuit, tel qu'une surcharge électrique est interrompu par l'organe de coupure de tête ou l'un des disjoncteurs secondaires de manière autonome sans faire intervenir le système selon l'invention.
L'organe de coupure de l'ensemble de tête peut aussi bien être un disjoncteur, qu'un contacteur ou bien un interrupteur.
Quel que soit le type d'organe de coupure envisagé, l'intensité du courant qui le traverse est contrôlée en permanence par deux parties dont l'une fonctionne par effet thermique et détecte les courants de surcharge et dont l'autre fonctionne par effet magnétique et détecte les courants de court - circuit.
Par exemple, un disjoncteur basse tension comporte un bilame en tant que partie fonctionnant par effet thermique et une bobine électromagnétique en tant que partie fonctionnant par effet magnétique.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'ensemble de tête comporte des moyens de traitement des signaux provenant de la sortie de chaque capteur de courant.
Selon ce mode, l'ensemble de tête comporte avantageusement des circuits comparateurs reliés à chacune des sorties des moyens de redressement, chaque circuit comparateur étant adapté pour comparer le courant et/ou la tension de sortie des moyens de traitement à une valeur prédéterminée dite seuil de tête, et émettre à sa sortie un signal vers le circuit de commande lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil de tête.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, au moins un des ensembles secondaires comporte des moyens de redressement des signaux provenant de la sortie de chaque capteur de courant.
Selon ce mode, l'ensemble secondaire comportant des circuits comparateurs reliés à chacune des sorties des moyens de redressement, chaque circuit comparateur étant adapté pour comparer le courant et/ou la tension de sortie des moyens de redressement à une valeur prédéterminée dite seuil secondaire et propre à chaque ligne secondaire, et émettre un signal vers le circuit de commande de l'ensemble de tête lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil secondaire.
Selon une variante avantageuse, les moyens de redressement de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires sont des ponts constitués de diode, de préférence agencés en ponts dits de Graetz.
De manière alternative, les moyens de redressement de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires sont des ponts constitués de thyristors.
Selon un premier mode de réalisation, la ligne principale délivre un courant continu.
Selon un deuxième mode de réalisation, la ligne principale délivre un courant alternatif.
Selon une variante du deuxième mode de réalisation, la ligne principale comporte une, deux, trois ou quatre lignes de courant, dont éventuellement une ligne de courant neutre. Elle peut ainsi notamment comporter quatre lignes de courant dont une ligne de courant neutre.
Selon un mode de réalisation avantageux, les circuits comparateurs de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires sont adaptés pour émettre vers le circuit de commande un signal « Tout Ou Rien » (TOR). Un tel signal peut être généré et lu de manière simple et cela contribue à la robustesse du système de protection.
Avantageusement, les circuits comparateurs sont des amplificateurs opérationnels configurés chacun en comparateur.
Un circuit logique peut avantageusement être relié entre la sortie des circuits comparateurs de l'ensemble de tête et le circuit de commande, le circuit logique réalisant la somme des signaux de sortie des circuits comparateurs. Par somme, on entend la fonction logique « ou inclusif » (« OR » en anglais). Selon un autre mode de réalisation, un circuit logique est relié entre la sortie de chaque circuit comparateur des ensembles secondaires et le circuit de commande, chaque circuit logique réalisant la somme des signaux de sortie des circuits comparateurs de l'ensemble secondaire auquel il est relié. Cela permet notamment de configurer le circuit de commande avec un signal unique pour chaque ligne électrique principale ou secondaire. En effet, il suffit qu'un seul des capteurs de courant d'une des lignes provoque en sortie d'un circuit comparateur l'émission d'un signal « tout », et donc qu'une des entrées d'un circuit logique soit un signal « tout » pour que la sortie du même circuit logique soit aussi un signal « tout » dans le cas d'un courant supérieur au seuil de tête ou au seuil secondaire.
Le système comporte avantageusement des moyens adaptés pour relier la sortie de chaque circuit logique et le circuit de commande. Ces moyens peuvent consister en un optocoupleur, qui a en outre comme avantage de pouvoir isoler électriquement les circuits entre eux. On peut aussi envisager un transistor en lieu et place d'un optocoupleur.
Selon une variante de réalisation, le circuit de commande comporte une mémoire dans laquelle au moins les durées de coupure des disjoncteurs secondaires et, le cas échéant un temps de marge, sont enregistrés.
Par « durée de coupure », on entend la durée pendant laquelle le disjoncteur effectue son action de coupure dans son ensemble, de son déclenchement à la coupure totale du courant.
Par exemple, la durée de coupure d'un disjoncteur secondaire pour un disjoncteur à effet magnéto -thermique est la somme de la durée de déclenchement, de la durée d'ouverture des pôles du disjoncteur et de la durée d'extinction de l'arc électrique.
Avantageusement, l'organe de coupure de tête et/ou les disjoncteurs secondaires est(sont) choisi(s) parmi des disjoncteurs à effet magnéto -thermique ou des disjoncteurs à auto-soufflage ou auto-pneumatiques.
L'invention se rapporte également à un procédé de protection d'un réseau électrique comportant au moins une ligne électrique principale à une ou plusieurs lignes de courant, au moins une ligne secondaire à une ou plusieurs lignes de courant et reliées en aval à au moins une ligne électrique principale, au moins un organe de coupure étant monté sur relié à la chaque ligne électrique principale et au moins un disjoncteur secondaire étant relié à chaque ligne secondaire, le procédé comportant les étapes suivantes :
a/ mesurer les courants traversant les lignes de courant de la ligne principale au moyen de capteurs de courant,
b/ traiter les signaux provenant des capteurs de courant, de sorte à cl comparer l'intensité des courants à une valeur prédéterminée dite seuil de tête, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant de la ligne principale est supérieur au seuil de tête,
alors
d/ émettre un signal pour lancer un compte à rebours principal de valeur initiale supérieure ou égale à la plus longue durée de coupure des disjoncteurs secondaires,
puis effectuer pour chaque une ligne secondaire donnée, les étapes successives suivantes :
a 7, a' ou a" 7 mesurer les courants traversant les lignes de courant de la ligne secondaire au moyen de capteurs de courant,
b7, b' 7, ou b" 7 traiter les signaux provenant des capteurs de courant, de sorte à
c7 , c' 7, c" 7 comparer l'intensité des courants à une valeur prédéterminée dite seuil secondaire, un seuil secondaire étant propre à chaque ligne secondaire, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant d'une ligne secondaire donnée est supérieure à son seuil secondaire,
alors
d7 , d'7, d" 7 annuler le compte à rebours principal, puis émettre un signal pour lancer un compte à rebours secondaire de valeur initiale supérieure ou égale à la durée de coupure du disjoncteur secondaire de la ligne secondaire, et, à la fin du compte à rebours secondaire, répéter les étapes (aV, b7, c7, dV ; a"/, b'7, c' 7, d'7 ; a" 7, b" 7, c"7, d" 7 ) pour la ligne de courant secondaire donnée, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant de la ligne secondaire donnée est supérieure à son seuil secondaire, couper le courant de la ligne principale,
si la valeur de l'intensité du courant dans chaque ligne de courant de la ligne secondaire donnée est inférieure à son seuil secondaire,
alors
répéter les étapes (aV, b'/, c7, d'/ ; a"/, b' 7, c' 7, d' 7; a" 7, b" 7, c" 7, d" 7) pour les autres lignes de courant secondaire,
si la valeur de l'intensité du courant dans toutes les lignes secondaires est inférieure à leur seuil secondaire, alors à la fin du compte à rebours principal couper le courant de la ligne principale. Avantageusement, les signaux émis sont des signaux « Tout Ou Rien » (TOR). L'invention se rapporte également à l'application d'un tel procédé pour la protection d'un réseau électrique triphasé ou d'un réseau en courant continu.
Description détaillée
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée faite en référence aux figures suivantes parmi lesquelles:
- la figure 1A représente en vue schématique un ensemble de tête d'un mode de réalisation d'un système de protection selon l'invention,
- la figure 1B représente en vue schématique un des ensembles secondaires d'un système de protection selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 représente un organigramme d'un exemple de procédé de protection selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3 illustre en vue schématique les différentes étapes du procédé de protection selon la figure 2,
- les figures 4A et 4B représentent des exemples de courbes de déclenchement de disjoncteurs magnéto -thermiques à partir desquelles sont déterminées des valeurs seuils des ensembles secondaires selon l'invention,
- les figures 5 et 6 illustrent les étapes du procédé de protection en cas de court- circuit à différent endroits du réseau électrique,
- la figure 7 illustre l'opération de redressement d'un courant ou d'une tension,
- la figure 8 représente les courbes de déclenchement de disjoncteurs magnéto- thermiques à partir desquelles sont déterminées des valeurs seuils de trois ensembles secondaires selon l'invention,
- les figures 9A à 9D représentent les courbes de déclenchement d'un disjoncteur magnéto -thermique à partir desquelles sont déterminés les seuils et les valeurs de compte à rebours principal pour l'ensemble de tête selon l'invention ,
- les figures 10A à 10D et 11A à 11E représentent les courbes de tensions relevées à différents endroits d'un système selon l'invention, lors d'une simulation,
- la figure 12 est une vue schématique d'un réseau électrique avec une partie de protection commune à la fois à un système selon l'invention et un système selon l'état de l'art.
On a représenté en figure 12, un réseau électrique tel qu'il existe actuellement avec une partie de protection commune à la fois à un système selon l'invention et un système selon l'état de l'art. Le réseau comporte tout d'abord une ligne électrique principale 5, avec trois lignes de courant 50b, 50c, 50d portant chacune une phase et une ligne de courant neutre 50a. Un organe de coupure 51 est monté sur cette ligne principale 5. Dans l'exemple illustré, la ligne principale 5 est une ligne triphasée couplée en étoile (Y) avec neutre sorti.
Le réseau comporte en aval de la ligne principale 5, trois lignes secondaires 6', 6" et 6"'. Chacune de ces lignes secondaires 6', 6" et 6' " comporte également quatre lignes de courant 60'a, 60'b, 60'c, 60'd, dont la ligne de courant 60'a est une ligne neutre et les trois lignes de courant 60'b, 60'c, 60'd portent chacune une phase.
Un disjoncteur 61 ', 61 ", 61 " ' est monté sur chacune de ces lignes secondaires 6',
6" et 6" '.
Comme on peut le voir en figure 1A, l'ensemble de tête 2 selon l'invention est monté sur une ligne électrique principale 5.
Sur chacune de ces lignes de courant est monté un capteur de courant 40a, 40b, 40c, 40d délivrant en sortie une tension proportionnelle au courant qu'il mesure. Chacun de ces capteurs peut être adapté pour mesurer une intensité parcourant le réseau en fonction du type d'alimentation du réseau haute tension, basse tension ou très basse tension.
Les signaux provenant de ces capteurs arrivent aux moyens de redressement 41. Dans le mode de réalisation illustré, les moyens de redressement sont des ponts de diodes de Graetz 41a, 41b, 41c et 41d. L'opération de redressement effectuée est illustrée en figure 7 : la sortie de ce type de pont se rapproche de la valeur absolue de l'entrée.
Les moyens de redressement 41 sont reliés à leur sortie à des circuits comparateurs 42. Dans le mode de réalisation illustré, les circuits comparateurs sont des amplificateurs opérationnels 42a, 42b, 42c, 42d configurés en comparateurs.
Chacun des amplificateurs opérationnels 42a, 42b, 42c, 42d reçoit à son entrée inverseuse une tension d'entrée d'une valeur prédéterminée, appelée seuil de tête. Les seuils sont typiquement les mêmes pour une même ligne électrique.
L'entrée non-inverseuse de chacun des amplificateurs opérationnels 42a, 42b, 42c, 42d est reliée à la sortie d'un des moyens de redressement 41.
Ainsi, si les deux entrées d'alimentation de chacun des amplificateurs opérationnels 42a, 42b, 42c, 42d ont reliées respectivement à une tension positive et à une tension nulle, on obtient en sortie soit un signal de tension nul si la tension au point d'entrée non-inverseuse est inférieure au seuil de tête, soit un signal égal à la tension de saturation de l'amplificateur opérationnel. Un tel signal est un signal TOR (acronyme de « Tout Ou Rien »). Ces signaux TOR sont ensuite envoyés vers un circuit logique 43 réalisant la somme de ces signaux.
La sortie du circuit logique 43 est nulle seulement si toutes ses entrées sont des signaux « rien ». Si une seule de ses entrées est un signal de type « tout », alors la sortie du circuit logique est aussi un signal « tout ». Le circuit logique 43 émet donc également un signal TOR. Ce signal TOR provenant du circuit logique 43 est ensuite envoyé vers le circuit de commande 40.
Le circuit de commande 44 reçoit des signaux TOR provenant de la sortie du circuit logique 43. Le circuit de commande est adapté pour, s'il reçoit un signal « tout », déclencher un compte à rebours principal C. Le compte à rebours principal C a une valeur initiale égale à une durée prédéterminée.
A la fin du compte à rebours C, si le signal est toujours un signal « tout », c'est-à- dire, si à la fin du compte à rebours encore un des capteurs de courant 40a, 40b, 40c, 40d mesure un courant d'intensité supérieure à un seuil, le circuit de commande ordonne le déclenchement de l'organe de coupure de tête 51.
Dans le mode de réalisation illustré, l'organe de coupure de tête 51 est un disjoncteur quadripolaire.
Le circuit de commande 44 peut ne comporter que des éléments logiques et donc ne pas exécuter de programme, afin de s'affranchir des risques de défaillance liés à l'utilisation d'un programme (software). Cela rend le système de protection selon l'invention plus robuste.
Selon une variante, le circuit de commande 44 peut également comporter un microprocesseur. Il peut également inclure une mémoire comprenant notamment la durée du compte à rebours principal C.
Le circuit de commande 44 est également relié à trois optocoupleurs 31, 31 ",
3 ", chacun étant relié à un ensemble secondaire dont le fonctionnement est détaillé ci-après.
En figure 1B, on a représenté un ensemble secondaire 3' relié à l'entrée d'un optocoupleur 3 .
Cet ensemble secondaire est relié à une ligne électrique secondaire 6' se trouvant en aval de la ligne électrique principale 5. Elle comporte également quatre lignes de courant 60'a, 60'b, 60'c, 60'd, la ligne de courant 60'a étant une ligne neutre et les trois lignes de courant 60'b, 60'c, 60'd portant chacune une phase. Sur la ligne 6' se trouve un disjoncteur quadripolaire 61 ' non relié au reste du système de protection. Chacun des capteurs de courant 70'a, 70'b, 70'c, 70'd est relié à chacune des lignes de courant 60'a, 60'b, 60'c, 60'd et est adapté pour mesurer les courants parcourant la ligne de courant correspondante. Ils délivrent à leur sortie une tension proportionnelle au courant qu'ils mesurent.
La sortie des capteurs de courant est reliée à l'entrée des moyens de redressement
71 '. Dans le mode de réalisation illustré, ceux-ci sont des ponts de diodes de Graetz 71 'a, 71 'b, 71 'c, 71 'd. Ils sont reliés à leur sortie à des circuits comparateurs 72'. Ces circuits comportent des amplificateurs opérationnels 72'a, 72'b, 72'c, 72'd configurés en comparateurs, reliés chacun à la sortie d'un des moyens de redressement 71 '.
Chacun de ces comparateurs 72'a, 72'b, 72'c, 72'd a en entrée inverseuse une tension d'une valeur prédéterminée, appelée seuil secondaire. Les seuils sont typiquement les mêmes pour une même ligne électrique, mais peuvent être différent entre les lignes électriques secondaires. Les sorties des moyens de redressement sont reliées à l'entrée non- inverseuse des amplificateurs opérationnels. Ainsi, si les deux entrées d'alimentation de chacun de ces comparateurs 72'a, 72'b, 72'c, 72'd sont reliées respectivement à une tension positive et à une tension nulle, on obtient en sortie soit un signal de tension nul si la tension au point d'entrée non-inverseuse est inférieure au seuil secondaire, soit un signal égal à la tension de saturation de l'amplificateur opérationnel. Un tel signal est un signal TOR (« tout ou rien »).
Ces signaux TOR sont ensuite envoyés vers un circuit logique 73' réalisant la somme de ces signaux. La sortie du circuit logique 73' est nulle seulement si toutes ses entrées sont des signaux « rien ». Si une seule de ses entrées est un signal de type « tout », alors la sortie du circuit logique est aussi un signal « tout ». Le circuit logique 73 ' émet donc également un signal TOR. Ce signal TOR provenant du circuit logique 73 est ensuite envoyé vers l'optocoupleur 3 . L'optocoupleur 31 ' est adapté pour dans un premier temps transformer le signal « tout » provenant à son entrée en un signal lumineux. Ce signal lumineux est ensuite transformé en un signal « tout » en sortie de l'optocoupleur. Un signal « rien » provenant à l'entrée de l'optocoupleur n'est transformé pas en un signal lumineux et demeure en sortie de l'optocoupleur un signal « rien ». La sortie de l'optocoupleur 31 ' émet donc également un signal TOR.
Les deux autres ensembles secondaires 3" et 3"' sont identiques à l'ensemble secondaire 3' qui vient d'être décrit et pas souci de clarté et concision ne sont pas représentés et décrits. Chacun de ces deux autres ensembles secondaires est reliée respectivement à l'entrée de l'un des deux autres optocoupleurs 31 ", 3 ". Chacune des sorties des optocou leurs 3 , 31 " et 3 " est reliée au circuit de commande 44.
Ainsi, la sortie des circuits logiques 43, 73' émet un signal « tout » si les courants mesurés par leurs capteurs de courant associés sont supérieurs à une valeur seuil de tête ou une valeur seuil secondaire. Une valeur « tout » en sortie correspond à la détection d'un courant de court-circuit.
Un court-circuit peut se produire à plusieurs endroits du réseau électrique.
Plusieurs cas de court-circuit sont illustrés en figures 5 et 6. Sur la figure 5, le court-circuit se produit sur la ligne 6' en aval du disjoncteur 61 '. Sur la figure 6, le court- circuit se produit en aval de l'ensemble de tête 5 et en amont des ensembles secondaires 3 ', 3", 3" '.
Ainsi, comme illustré en figure 5, en cas de court-circuit sur la ligne secondaire 6', 6" et 6"', si le circuit de commande 44 reçoit à la fois un signal « tout » provenant de l'ensemble de tête 2 et d'un ensemble secondaire 3', 3", 3"' de la ligne secondaire affectée par le court-circuit, le compte à rebours principal C est lancé comme expliqué précédemment.
Le circuit de commande 44 annule le compte à rebours principal lancé par l'ensemble de tête 2, puis lance un compte à rebours secondaire Cl, C2 ou C3 sur réception d'un signal « tout » provenant d'un ensemble secondaire 3', 3" ou 3" '.
Les valeurs initiales des comptes à rebours secondaires Cl, C2 et C3 sont des valeurs prédéterminées pouvant être différentes pour les différents sous-ensembles 3', 3" ou 3" '. Cette valeur correspond, à minima, au temps de coupure du disjoncteur secondaire de la ligne électrique secondaire reliée à l'ensemble secondaire qui a émis le signal « tout ».
A l'issue d'un compte à rebours secondaire Cl, C2 ou C3, si l'ensemble secondaire émet toujours un signal « tout », le circuit de commande ordonne le déclenchement de l'organe de coupure de tête 51.
Ainsi, comme illustré en figure 5, pour un court-circuit sur la ligne 6' en aval du disjoncteur 61 ', si ce dernier réussit à couper le courant et à faire disparaître le courant de court-circuit, alors ce courant de court-circuit n'est plus mesuré sur la ligne de courant 6'. L'organe de coupure de tête 51 n'est alors pas déclenché. Cela permet une protection sélective si le disjoncteur secondaire 61 ' fonctionne de manière correcte.
En revanche, si le courant de court-circuit se trouve en amont du disjoncteur secondaire 61 ' comme illustré en figure 6, ou si le courant de court-circuit se trouve en aval comme illustré en figure 5, mais que le disjoncteur secondaire 61 ' présente un défaut, le compte à rebours secondaire arrive à expiration. Le courant de court-circuit persiste et l'organe de coupure de tête 51 est déclenché par une commande du circuit de commande 44. Le courant est ainsi coupé sur la ligne électrique principale 5 en amont et donc sur toutes les lignes secondaires 6', 6", 6" ' en aval. Les installations alimentées par le réseau électrique et les hommes sont donc protégés des court-circuits.
Les étapes du procédé de protection selon l'invention d'un réseau électrique tel que celui de la figure 12 sont présentées en figure 3.
Tout d'abord, les courants des lignes de courant de la ligne électrique principale sont mesurés (étape a). Les capteurs de courant émettent à leur sortie des signaux images proportionnels au courant mesuré vers les moyens de redressement. Ces signaux images sont alors redressés (étape b) puis comparés (étape c) avec le seuil de tête.
Si la valeur de l'intensité d'une ligne de courant est supérieure au seuil de tête, un signal est émis vers le circuit de commande 44. Ce dernier lance alors le compte à rebours principal de valeur C égale à une durée prédéterminé (étape d). A l'issue du compte à rebours principal C, si le courant mesuré est toujours supérieur au seuil de tête, le courant est coupé sur la ligne électrique principale.
Les courants dans les lignes électriques secondaires sont également mesurés pour chaque ligne de courant (étape a', a", a' "), redressés (étape b', b", b' ") puis comparés avec un seuil secondaire propre à chaque ligne de courant pour chaque ligne électrique (étape c', c", c'").
Si l'intensité d'un courant d'une ligne de courant d'une ligne électrique secondaire est supérieure à un seuil secondaire, un signal est émis, ce signal entraînant le cas échéant l'arrêt du compte à rebours principal C et le lancement d'un compte à rebours secondaire Cl, C2 ou C3 (étape d', d", d'") selon la ligne concernée. A l'issue du compte à rebours secondaire, si le courant mesuré dans la ligne électrique secondaire est toujours supérieur au seuil secondaire propre à cette ligne, le courant est coupé sur la ligne électrique principale.
Un tel procédé permet avantageusement de laisser le temps à chaque disjoncteur secondaire d'effectuer son action de coupure de courant sur une ligne secondaire avant de prendre la décision de couper le courant sur la ligne électrique principale. La valeur initiale d'un compte à rebours secondaire, pour chaque ligne électrique secondaire, correspond au temps qu'il faut au disjoncteur secondaire pour couper le courant sur cette ligne secondaire, c'est-à-dire sa durée de coupure. Cette durée peut varier d'un disjoncteur à l'autre et est intrinsèque au type de disjoncteurs, et fait donc partie des données du constructeur. Pour un réseau en basse tension ou très basse tension, les disjoncteurs sont de préférence magnéto -thermiques. Dans ce cas, on choisit de préférence la valeur initiale du compte à rebours principal comme étant égale à la plus longue des durées de coupure, plus un temps de marge.
Les seuils secondaires sont également choisis en fonction des données du constructeur de chaque disjoncteur secondaire. Comme déjà dit, selon l'invention, même si les seuils secondaires sont définis en fonction des disjoncteurs secondaires, ces derniers ne reçoivent pas de signal de commande.
On a illustré en figures 4A et 4B, une méthode de prédétermination par l'inventeur des seuils secondaires pour des disjoncteurs magnéto-thermiques. Le seuil secondaire est de préférence égal au seuil de déclenchement du disjoncteur secondaire considéré. La courbe de déclenchement du disjoncteur possède une enveloppe haute et une enveloppe basse, et chaque enveloppe a une partie qui correspond au fonctionnement thermique du disjoncteur, et une partie qui correspond au fonctionnement magnétique de celui-ci. Le fonctionnement thermique correspond au cas d'une surcharge sur la ligne électrique secondaire, et le fonctionnement magnétique correspond au cas d'un court-circuit sur la ligne. Selon la méthode définie par l'inventeur, le seuil secondaire est choisi comme étant le seuil de déclenchement magnétique le plus bas de l'enveloppe haute de la courbe de déclenchement du disjoncteur secondaire considéré.
La figure 2 illustre un organigramme détaillé qui montre les relations logiques entre l'état d'un capteur de courant d'un ensemble de tête ou secondaire (détection d'un courant supérieur à un seuil et émission d'un signal TOR) et les ordres émis par le circuit de commande durant un procédé de protection mis en œuvre par le système illustré en figures 1 A et 1B.
Le procédé de contrôle est d'abord initialisé (étape SO).
En premier lieu, l'intensité du courant dans chaque ligne de courant de la ligne électrique principale 5 est mesurée et comparée au seuil de tête (étape S 101).
Si une de ces intensités dépasse le seuil de tête, on vérifie si un compte à rebours principal a déjà été lancé ou non (étape S 102).
Si non, on lance le compte à rebours principal (étape S 103).
Si oui, on vérifie que celui-ci n'est pas arrivé à terme (étape S 108).
Si oui, on mesure à nouveau que l'intensité du courant dans chaque ligne de courant de la ligne électrique principale 5 et comparée au seuil de tête (étape S 109).
Si non, on initialisé à nouveau le procédé de contrôle (étape S0). L'arrivée à terme du compte à rebours principal entraîne le déclenchement par le biais du circuit de commande 44 de l'organe de coupure de tête 51 (étape S 107).
Ensuite, si le compte à rebours est toujours en marche ou si aucun courant supérieur au seuil de tête n'est détecté, l'intensité du courant dans chaque ligne de courant d'une ligne électrique secondaire est mesurée et comparée au seuil secondaire d'une première ligne électrique secondaire, dans ce cas la ligne 6' (étape S104').
Si aucun courant supérieur au seuil secondaire propre à la ligne 6' n'est détecté, on répète cette étape pour la ligne suivante 6" (étape S104").
Si à nouveau, aucun courant supérieur au seuil secondaire propre à la ligne 6", cette étape est répétée pour la ligne 6"' (étape S104'").
Si, une fois encore, aucun courant supérieur au seuil secondaire propre à la ligne 6"' n'est détecté, on retourne à l'étape S101.
En revanche, si on détecte un courant de court-circuit sur une ligne électrique secondaire, par exemple la ligne 6', c'est-à-dire que l'intensité d'un courant mesuré sur une ligne de courant est supérieure au seul secondaire propre à la ligne 6', alors le compte à rebours principal est, le cas échéant, annulé et un compte à rebours secondaire est lancé par le circuit de commande 44 (étape S 105").
Au terme de ce compte à rebours secondaire, on mesure à nouveau le courant sur chaque ligne de courant de la ligne électrique secondaire 6' (étape S106').
Si aucun courant supérieur au seuil secondaire n'est détecté sur la ligne électrique secondaire 6', aucune action n'est effectuée et on passe à l'étape S104".
Si en revanche, un courant supérieur au seuil secondaire est toujours détecté au terme du compte à rebours secondaire, c'est-à-dire que soit le disjoncteur 61 ' n'a pas correctement coupé le courant en un temps prédéterminé à cause d'un défaut, soit que le court-circuit se trouve en amont du disjoncteur 61 ', le circuit de commande 44 déclenche l'organe de coupure 51 et le courant de la ligne électrique principale est coupé (étape S 107).
De la même manière, les mêmes étapes peuvent être effectuées sur chaque ligne secondaire 6" et 6"' en cas de détection d'un courant d'intensité supérieure à la valeur seuil propre à chaque ligne 6", 6" ' (étapes S105", S 105' ", S 106", S 106' ").
Les figures 8 et 9A à 9D illustrent la méthode de choix par l'inventeur des valeurs des comptes à rebours principal et secondaires, du seuil de tête et des seuils secondaires pour la mise en œuvre d'un prototype de système de protection applicable à un réseau comme montré en figure 12. Sur ces figures, un courant de 16A traverse la ligne 6', un courant de 250 A traverse la ligne 6" et un courant de 400A traverse la ligne 6" '.
Le disjoncteur secondaire 61 ' monté sur la ligne secondaire 6' a une courbe de déclenchement 9' de seuil isi (160A) et de durée de déclenchement tdi (0,03s).
Le disjoncteur secondaire 61 " monté sur la ligne secondaire 6" a une courbe de déclenchement 9" de seuil is2 (419A) et de durée de déclenchement td2 (0,085s).
Le disjoncteur secondaire 61 " ' monté sur la ligne secondaire 6" ' a une courbe de déclenchement 9"' de seuil iS3 (3536A) et de durée de déclenchement td3 (0,085s).
Les seuils isi , is2 et is3 sont choisis sur les courbes comme étant chacun la valeur la plus basse pour l'enveloppe haute du disjoncteur secondaire concerné.
Les durées de déclenchement tdi, td2 et td3 sont choisis par correspondance à ces valeurs sur la courbe. Les valeurs respectives de chacun des comptes à rebours secondaires Cl , C2 et C3 correspondants sont ensuite calculées en additionnant à la durée de déclenchement, les données du constructeur de disjoncteur, à savoir la durée d'ouverture des pôles du disjoncteur (tol, to2, t03) et la durée d'extinction de l'arc électrique interne (tcl, tc2, ta). On obtient ainsi la valeur de chaque compte à rebours secondaire en faisant la somme pour chaque disjoncteur de la durée de déclenchement, de la durée d'ouverture des pôles et de la durée d'extinction de l'arc électrique interne, c'est-à-dire en réalisant la somme suivante pour chaque compte à rebours secondaire:
Cîl tdn ^οη ^cn
où n est l'indice numérique correspondant à la ligne secondaire concernée (1 pour la ligne 6', 2 pour la ligne 6" et 3 pour la ligne 6" '),
Cn est le compte à rebours secondaire spécifique à la ligne d'indice n,
td est la durée de déclenchement spécifique au disjoncteur de la ligne d'indice n,
ton est la durée d'ouverture des pôles spécifique au disjoncteur de la ligne d'indice n, et tcn est la durée de coupure de l'arc spécifique au disjoncteur de la ligne d'indice n.
La valeur du compte à rebours est ainsi choisie comme au moins égale à la durée de coupure du disjoncteur secondaire.
L'ensemble de ces valeurs se trouve résumé dans le tableau suivant. TABLEAU
Les figures 10A à 10D et 11A à 11E illustrent des mesures réalisées sur le prototype de système de protection selon l'invention, avec les valeurs précédentes.
Les conditions pour les mesures sont les suivantes.
On injecte sur la ligne électrique principale 5 et sur la ligne électrique secondaire 6' un signal simulant un court-circuit de 270A pendant 110ms.
On se place ainsi dans le cas où le court-circuit n'est pas éliminé par le disjoncteur secondaire de la ligne 6'. Les signaux mesurés sur l'ensemble de tête (principal) 2 sont représentés en figures 11A à 11E et les signaux mesurés sur l'ensemble secondaire 3' sont représentés en figures 10A à 10D.
Le signal injecté est d'abord mesuré au niveau des capteurs de courant de l'ensemble de tête 2 monté sur la ligne 5 (figure 11 A) et de l'ensemble secondaire 3' monté sur la ligne 6' (figure 10A).
Les signaux images des capteurs de courant sont ensuite redressés au niveau des moyens de redressement 41 : seul le courant redressé de l'ensemble principal 2 est représenté, en figure 11B.
Les signaux redressés sont alors comparés aux seuils au niveau des circuits comparateurs 42 de l'ensemble de tête 2 (figure 11C) et ceux 72 de l'ensemble secondaire 3 ' (figure 10C). Le seuil pour l'ensemble de tête est le seuil de tête ist et le seuil pour l'ensemble secondaire 3 est le seuil secondaire isi .
Puisque le seuil de tête égal à 630A est supérieur au signal injecté égal à 270A, les circuits comparateurs émettent en sortie un signal « rien » et on observe un signal « rien » en sortie du circuit logique 43 se trouvant après les circuits comparateurs 42 (figure 11D). En revanche, la sortie du circuit logique 73 émet elle des signaux « tout », ce qui se traduit par un signal en sortie de l'optocoupleur 31 ' (figure 10D). Le compte à rebours secondaire, égal dans ce cas à 60ms, se déclenche.
La valeur de tête permet ainsi de déclencher ainsi, selon le souhait de l'opérateur, l'ensemble de tête ou un ensemble secondaire selon la valeur du seuil de tête par rapport au seuil secondaire.
Puisque la longueur du signal injecté est de 110ms, le compte à rebours secondaire de la ligne 6' arrive à expiration. Le circuit de commande 44 émet alors vers l'organe de coupure de tête 51 un signal commandant la coupure du courant sur la ligne électrique principale 5 (figure 11E). Le courant est alors coupé sur le réseau électrique.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
Ainsi, si dans les exemples illustrés, l'organe de coupure de la ligne principale est un disjoncteur, il peut tout aussi bien être un contacteur ou un interrupteur en fonction des applications.
De même, les disjoncteurs peuvent être autres que des disjoncteurs magnéto- thermiques mis en œuvre dans les exemples illustrés.
Les disjoncteurs peuvent également être, pour une application en haute tension en courant alternatif, des disjoncteurs couramment appelés à auto-soufflage ou autopneumatiques.
Si dans les exemples illustrés, l'organe de coupure ainsi que les disjoncteurs sont montée directement sur leurs lignes électriques respectives, ils peuvent aussi reliés indirectement à celles-ci, notamment en étant montés dans une armoire électrique et/ou déporté par rapport à la ligne.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de protection sélectif d'un réseau électrique comportant au moins une ligne électrique principale (5) à une ou plusieurs lignes de courant (50a à 50d), au moins une ligne secondaire (6', 6", 6" ') à une ou plusieurs lignes de courant (60'a à 60'd) et reliées en aval à au moins une ligne électrique principale, le système comportant au moins un ensemble de protection principal (2), dit ensemble de tête, relié à une ligne électrique principale, et des ensembles de protection secondaires (3', 3", 3" ') reliés chacun à une ligne secondaire ,
l'ensemble de tête comportant au moins:
- un sous-ensemble comportant un circuit électrique et un organe de coupure, dit organe de coupure de tête (51), ce sous-ensemble étant adapté pour couper le courant de la ligne électrique principale,
- un circuit de commande (44) relié au sous-ensemble et adapté pour commander le déclenchement du sous-ensemble,
- un capteur de courant (40a à 40d) relié à chaque ligne de courant, chaque capteur de courant étant adapté pour mesurer en entrée le courant parcourant la ligne à laquelle il est relié et délivrant à sa sortie un courant et/ou une tension proportionnel(le) au courant qu'il mesure,
- des moyens pour comparer le courant/ou la tension délivrée en sortie de chaque capteur de courant avec une valeur prédéterminée dite seuil de tête,
- des moyens pour émettre un signal vers le circuit de commande (44) lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil de tête,
chacun des ensembles secondaires comportant au moins:
- un disjoncteur, dit disjoncteur secondaire (61 ', 61 ", 6 ") ;
- un capteur de courant (70 'a à 70 'd) relié à chaque ligne de courant, chaque capteur de courant étant adapté pour mesurer le courant et/ou la tension parcourant la ligne de courant à laquelle il est relié et délivrant à sa sortie un courant et/ou une tension proportionnel(le) au courant et ou la tension qu'il mesure,
- des moyens pour comparer le courant/ou la tension délivrée en sortie de chaque capteur de courant avec une valeur prédéterminée dite seuil secondaire,
- des moyens pour émettre un signal vers le circuit de commande (44) lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil secondaire, le(s) disjoncteur(s) secondaire(s) de chaque ligne secondaire étant adapté(s) pour se déclencher en cas de court-circuit sur cette dernière, indépendamment du circuit de commande, le circuit de commande de l'ensemble de tête n'étant relié à aucun des disjoncteurs secondaires.
2. Système selon la revendication 1, l'ensemble de tête (2) comportant des moyens de redressement (41) des signaux provenant de la sortie de chaque capteur de courant.
3. Système selon la revendication 2, l'ensemble de tête (2) comportant des circuits comparateurs (42) reliés à chacune des sorties des moyens de redressement, chaque circuit comparateur étant adapté pour comparer le courant et/ou la tension de sortie des moyens de redressement à une valeur prédéterminée dite seuil de tête, et émettre à sa sortie un signal vers le circuit de commande lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil de tête,
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, au moins un des ensembles secondaires (3') comportant des moyens de redressement (71 ') des signaux provenant de la sortie de chaque capteur de courant.
5. Système selon la revendication 4, au moins un des ensembles secondaires (3') comportant des circuits comparateurs (72') reliés à chacune des sorties des moyens de redressement, chaque circuit comparateur étant adapté pour comparer le courant et/ou la tension de sortie des moyens de redressement à une valeur prédéterminée dite seuil secondaire et propre à chaque ligne secondaire, et émettre un signal vers le circuit de commande de l'ensemble de tête lorsque le courant et/ou la tension de sortie du capteur de courant est supérieure au seuil secondaire.
6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, les moyens de redressement de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires étant des ponts constitués de diode, de préférence agencés en ponts dits de Graetz (41a à 41d, 71 'a à 71 'd).
7. Système selon l'une des revendications 2 à 5, les moyens de redressement de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires étant des ponts constitués de thyristors.
8. Système selon l'une des revendications précédentes, la ligne principale délivrant un courant continu.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, la ligne principale délivrant un courant alternatif.
10. Système selon l'une des revendications 3 à 9, les circuits comparateurs de l'ensemble de tête et/ou des ensembles secondaires étant adaptés pour émettre vers le circuit de commande un signal « Tout Ou Rien » (TOR).
11. Système selon la revendication 10, les circuits comparateurs étant des amplificateurs opérationnels configurés chacun en comparateur.
12. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, un circuit logique (43) étant relié entre la sortie des circuits comparateurs de l'ensemble de tête et le circuit de commande, le circuit logique réalisant la somme des signaux de sortie des circuits comparateurs.
13. Système selon l'une des revendications 10 à 12, un circuit logique (73') étant relié entre la sortie de chaque circuit comparateur des ensembles secondaires et le circuit de commande, chaque circuit logique réalisant la somme des signaux de sortie des circuits comparateurs de l'ensemble secondaire auquel il est relié.
14. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant des moyens (31, 31 ", 3 ") aptes à relier la sortie de chaque circuit logique et le circuit de commande (44).
15. Système selon la revendication 14, les moyens consistant en un optocoupleur (31, 31 ", 31 "').
16. Système selon l'une des revendications précédentes, le circuit de commande comportant une mémoire, dans laquelle au moins les durées de coupure des disjoncteurs secondaires et, le cas échéant un temps de marge, sont enregistrés.
17. Système selon l'une des revendications précédentes, l'organe de coupure de tête et/ou les disjoncteurs secondaires étant choisis parmi des disjoncteurs magnéto-thermique ou des disjoncteurs à auto-soufflage ou auto -pneumatiques.
18. Procédé de protection sélectif d'un réseau électrique comportant au moins une ligne électrique principale (5) à une ou plusieurs lignes de courant (50a à 50d), au moins une ligne secondaire (6', 6", 6" ') à une ou plusieurs lignes de courant (60 'a à 60'd) et reliées en aval à au moins une ligne électrique principale, au moins un organe de coupure étant relié à la ligne électrique principale et au moins un disjoncteur secondaire étant relié à chaque ligne secondaire, le procédé comportant les étapes suivantes :
a/ mesurer les courants traversant les lignes de courant de la ligne principale au moyen de capteurs de courant,
b/ traiter les signaux provenant des capteurs de courant, de sorte à
c/ comparer l'intensité des courants à une valeur prédéterminée dite seuil de tête, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant de la ligne principale est supérieur au seuil de tête,
alors d/ émettre un signal pour lancer un compte à rebours principal de valeur initiale supérieure ou égale à la plus longue durée de coupure des disjoncteurs secondaires,
puis effectuer pour une ligne secondaire donnée (6', 6", 6" '), les étapes successives suivantes :
a 7, a' 7 ou a" 7 mesurer les courants traversant les lignes de courant de la ligne secondaire au moyen de capteurs de courant,
b7, b' 7, ou b" 7 traiter les signaux provenant des capteurs de courant, de sorte à c7, c' 7, ou c"7 comparer l'intensité des courants à une valeur prédéterminée dite seuil secondaire, un seuil secondaire étant propre à chaque ligne secondaire, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant d'une ligne secondaire donnée est supérieure à son seuil secondaire,
alors
d7, d' 7, ou d" 7 annuler le compte à rebours principal puis émettre un signal pour lancer un compte à rebours secondaire de valeur initiale supérieure ou égale à la durée de coupure du disjoncteur secondaire de la ligne secondaire, et, à la fin du compte à rebours secondaire, répéter les étapes (aV, bV, c7, dV ; a"/, b'7, c'7, d" / ; a" 7, b" 7, c"7, d'" /) pour la ligne de courant secondaire donnée, et,
si la valeur de l'intensité du courant traversant une ligne de courant de la ligne secondaire donnée est supérieure à son seuil secondaire, couper le courant de la ligne principale,
si la valeur de l'intensité du courant dans chaque ligne de courant de la ligne secondaire donnée est inférieure à son seuil secondaire,
alors
répéter les étapes (aV, b'/, c7, d' / ; a"/, b' 7, c' 7, d"/; a" 7, b"7, c"7, d"7) pour les autres lignes de courant secondaire,
si la valeur de l'intensité du courant dans toutes les lignes secondaires est inférieure à leur seuil secondaire, alors à la fin du compte à rebours couper le courant de la ligne principale.
19. Procédé selon la revendication 18, les signaux émis étant des signaux « Tout Ou Rien » (TOR).
20. Application du procédé selon la revendication 18 ou 19 pour la protection d'un réseau électrique alternatif ou pour la protection d'un réseau en courant continu.
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