FR3067470B1

FR3067470B1 - CURRENT MEASUREMENT IN A MULTIPHASE ELECTRICAL NETWORK

Info

Publication number: FR3067470B1
Application number: FR1755193A
Authority: FR
Inventors: Dominique Gastaldi
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: FR3067470A1

Abstract

Dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases, caractérisé en ce qu'il comporte Des capteurs magnétiques (1, 2, 3) de mesure de courant respectivement destinés à chaque phase du réseau électrique, chaque capteur magnétique étant logé dans un logement distinct, Un circuit électronique (5) connecté aux capteurs magnétiques et comportant une résistance de shunt (R1, R2, R3) respectivement pour chaque phase du réseau électrique et une résistance de shunt globale (RG) pour toutes les phases du réseau électrique, chaque capteur magnétique (1, 2, 3) étant apte à fournir un signal de mesure au circuit électronique (5), le circuit électronique étant apte à produire des signaux de tension de phase (V1, V2, V3) respectivement représentatifs du courant circulant dans chaque phase et un signal de tension global (VG) représentatif de la somme vectorielle des courants circulant dans les phases du réseau électrique.Device for measuring current flowing in an electrical network comprising a plurality of phases, characterized in that it comprises current measurement magnetic sensors (1, 2, 3) respectively intended for each phase of the electrical network, each magnetic sensor being housed in a separate housing, an electronic circuit (5) connected to the magnetic sensors and having a shunt resistor (R1, R2, R3) respectively for each phase of the electrical network and an overall shunt resistor (RG) for all phases of the electrical network , each magnetic sensor (1, 2, 3) being able to supply a measurement signal to the electronic circuit (5), the electronic circuit being able to produce phase voltage signals (V1, V2, V3) respectively representative of the current circulating in each phase and a global voltage signal (VG) representative of the vector sum of the currents flowing in the phases of the electrical network.

Description

MESURE DE COURANT DANS UN RESEAU ELECTRIQUE MULTIPHASECURRENT MEASUREMENT IN A MULTIPHASE ELECTRICAL NETWORK

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

La présente invention concerne un dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases. Elle concerne plus particulièrement les capteurs magnétiques de type transformateur de courant à faible puissance, dit LPCT d'après l'anglais «Low Power Current Transformer». L'invention s'applique aussi bien à des réseaux électriques de basse, moyenne ou haute tension.The present invention relates to a device for measuring current flowing in an electrical network comprising several phases. It relates more particularly to low power current transformer type magnetic sensors, said LPCT according to the English "Low Power Current Transformer". The invention is equally applicable to low, medium or high voltage electrical networks.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURESTATE OF THE PRIOR ART

Un dispositif de mesure de courant utilisant des capteurs magnétiques de type transformateur de courant à faible puissance, dit LPCT, et destiné à un réseau à plusieurs phases comporte classiquement un capteur par phase. Pour vérifier qu'il y a ou non un défaut à la terre, il faut réaliser une sommation des mesures de courant par phase et les capteurs des trois phases doivent donc reliés. Pour cela, les capteurs sont intégrés dans un logement unique adapté à la configuration spécifique d'un appareillage électrique concerné, et les distances entre les capteurs sont fixes. Chaque appareillage comporte donc son propre boîtier, ce qui manque de flexibilité par rapport à la variété d'appareillages.A current measuring device using magnetic sensors of low power current transformer type, called LPCT, and intended for a multi-phase network conventionally comprises a sensor per phase. To verify whether or not there is a ground fault, it is necessary to add a summation of the current measurements per phase and the sensors of the three phases must therefore be connected. For this, the sensors are integrated in a single housing adapted to the specific configuration of a relevant electrical equipment, and the distances between the sensors are fixed. Each apparatus therefore has its own housing, which lacks flexibility with respect to the variety of equipment.

EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases, caractérisé en ce qu'il comporteDISCLOSURE OF THE INVENTION The invention aims to solve the problems of the prior art by providing a device for measuring current flowing in an electrical network comprising a plurality of phases, characterized in that it comprises

Des capteurs magnétiques de mesure de courant respectivement destinés à chaque phase du réseau électrique, chaque capteur magnétique étant logé dans un logement distinct,Magnetic current measuring sensors respectively for each phase of the electrical network, each magnetic sensor being housed in a separate housing,

Un circuit électronique connecté aux capteurs magnétiques et comportant une résistance de shunt respectivement pour chaque phase du réseau électrique et une résistance de shunt globale pour toutes les phases du réseau électrique, chaque capteur magnétique étant apte à fournir un signal de mesure au circuit électronique, le circuit électronique étant apte à produire des signaux de tension de phase respectivement représentatifs du courant circulant dans chaque phase et un signal de tension global représentatif de la somme vectorielle des courants circulant dans les phases du réseau électrique.An electronic circuit connected to the magnetic sensors and comprising a shunt resistor respectively for each phase of the electrical network and an overall shunt resistor for all the phases of the electrical network, each magnetic sensor being able to supply a measurement signal to the electronic circuit, the electronic circuit being able to produce phase voltage signals respectively representative of the current flowing in each phase and a global voltage signal representative of the vector sum of the currents flowing in the phases of the electrical network.

Grâce à l'invention, le dispositif de mesure peut être adapté à la distance entre les conducteurs des différentes phases du réseau électrique, ce qui procure une plus grande flexibilité. Ces conducteurs peuvent être des câbles, des barres ou des traversées conductrices rigides.Thanks to the invention, the measuring device can be adapted to the distance between the conductors of the different phases of the electrical network, which provides greater flexibility. These conductors may be rigid cables, bars or bushings.

Selon une caractéristique préférée, le dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases comporte au moins un élément de liaison des logements des capteurs magnétiques entre eux, l'au moins un élément de liaison étant apte à relier les logements des capteurs magnétiques selon une distance variable entre eux. L'élément de liaison permet de solidariser les logements entre eux.According to a preferred characteristic, the device for measuring current flowing in an electrical network comprising a plurality of phases comprises at least one element for connecting the housings of the magnetic sensors to each other, the at least one connecting element being able to connect the sensor housings. magnetic signals according to a variable distance between them. The connecting element makes it possible to secure the housing between them.

Selon une caractéristique préférée, le circuit électronique est intégré dans le logement de l'un des capteurs magnétiques.According to a preferred characteristic, the electronic circuit is integrated in the housing of one of the magnetic sensors.

Selon une caractéristique préférée alternative, le circuit électronique est intégré dans un logement spécifique.According to an alternative preferred characteristic, the electronic circuit is integrated in a specific housing.

La configuration du dispositif de mesure est ainsi adaptable aux besoins spécifiques de chaque réseau électrique, notamment en termes de contraintes dimensionnelles.The configuration of the measuring device is thus adaptable to the specific needs of each electrical network, particularly in terms of dimensional constraints.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles :BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages will appear on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of non-limiting example, described with reference to the figures in which:

La figure 1 représente le dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases, selon un mode de réalisation de l'invention,FIG. 1 represents the device for measuring current flowing in an electrical network comprising several phases, according to one embodiment of the invention,

Les figures 2a, 2b et 2c représentent le dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique comportant plusieurs phases selon différentes configurations d'assemblage, selon un mode de réalisation de l'invention.FIGS. 2a, 2b and 2c show the current measuring device circulating in an electrical network comprising several phases according to different assembly configurations, according to one embodiment of the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

Selon un mode de réalisation préféré, représenté à la figure 1, le dispositif de mesure de courant circulant dans un réseau électrique multiphase comporte un capteur magnétique 1, 2 et 3 de mesure de courant pour chaque phase. Le réseau électrique est par exemple un réseau moyenne tension, et il est triphasé dans le mode de réalisation représenté. Les conducteurs du réseau électrique ne sont pas représentés.According to a preferred embodiment, shown in Figure 1, the current measuring device flowing in a multiphase electrical network comprises a magnetic sensor 1, 2 and 3 current measurement for each phase. The electrical network is for example a medium voltage network, and it is three-phase in the embodiment shown. The drivers of the electricity network are not represented.

Chaque capteur magnétique est un transformateur de courant à faible puissance, dit LPCT d'après l'anglais « Low Power Current Transformer». Les capteurs magnétiques 1, 2 et 3 sont chacun disposés dans un logement respectif.Each magnetic sensor is a low power current transformer, called LPCT according to the English "Low Power Current Transformer". The magnetic sensors 1, 2 and 3 are each arranged in a respective housing.

Selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 2a, 2b et 2c, ce logement est un boîtier, par exemple en matériau de type PAT ou PA66 chargé en fibres de verre. Selon un second mode de réalisation, ce logement est simplement une enveloppe entourant le capteur. Cette enveloppe est réalisable par un surmoulage en matériau époxy ou polyuréthane.According to a first embodiment shown in FIGS. 2a, 2b and 2c, this housing is a housing, for example made of material of the PAT or PA66 type loaded with glass fibers. According to a second embodiment, this housing is simply an envelope surrounding the sensor. This envelope is achievable by overmoulding epoxy material or polyurethane.

Le logement permet d'assurer un bon niveau d'isolation électrique qui dépend du domaine de tension, ainsi que la tenue mécanique des capteurs.The housing ensures a good level of electrical insulation that depends on the voltage range, as well as the mechanical strength of the sensors.

Tous les capteurs magnétiques sont reliés à un circuit électronique 5 qui comporte des résistances de shunt RI, R2, R3 et RG. Chacune de ces résistances permet de fournir un signal de tension représentatif du courant circulant dans la résistance considérée. Le circuit électronique est par exemple réalisé sous la forme d'un circuit imprimé PCB (Printed Circuit Board). Chaque capteur magnétique 1, 2 et 3 a une première sortie reliée à une première borne d'une résistance de shunt respective RI, R2 et R3.All the magnetic sensors are connected to an electronic circuit 5 which has shunt resistors R1, R2, R3 and RG. Each of these resistors makes it possible to supply a voltage signal representative of the current flowing in the resistor under consideration. The electronic circuit is for example made in the form of a Printed Circuit Board (PCB). Each magnetic sensor 1, 2 and 3 has a first output connected to a first terminal of a respective shunt resistor R1, R2 and R3.

Les résistances de shunt RI, R2 et R3 ont une deuxième borne commune reliée à première borne d'une résistance de shunt globale RG.The shunt resistors R1, R2 and R3 have a second common terminal connected to a first terminal of an overall shunt resistor RG.

Chaque capteur magnétique 1, 2 et 3 a une deuxième sortie reliée à une deuxième borne de la résistance de shunt globale RG.Each magnetic sensor 1, 2 and 3 has a second output connected to a second terminal of the overall shunt resistor RG.

Le point de connexion entre les résistances de shunt RI, R2 et R3 et la résistance de shunt globale RG est une sortie du circuit électronique et est relié à un potentiel de référence.The point of connection between the shunt resistors R1, R2 and R3 and the overall shunt resistor RG is an output of the electronic circuit and is connected to a reference potential.

La première sortie de chaque capteur magnétique 1, 2 et 3 forme une sortie respective du circuit électronique. La tension VI, V2 et V3 entre la première sortie de chaque capteur magnétique 1, 2 et 3 et le potentiel de référence est représentative du courant circulant respectivement dans chaque phase du réseau électrique.The first output of each magnetic sensor 1, 2 and 3 forms a respective output of the electronic circuit. The voltage V1, V2 and V3 between the first output of each magnetic sensor 1, 2 and 3 and the reference potential is representative of the current flowing respectively in each phase of the electrical network.

La deuxième borne de la résistance de shunt globale RG est une sortie du circuit électronique. La tension VG entre la deuxième borne de la résistance de shunt globale RG et le potentiel de référence est représentative de la somme vectorielle des courants circulant dans les phases du réseau électrique. Ce signal permet de vérifier s'il y a ou non un défaut de terre.The second terminal of the overall shunt resistor RG is an output of the electronic circuit. The voltage VG between the second terminal of the overall shunt resistor RG and the reference potential is representative of the vector sum of the currents flowing in the phases of the electrical network. This signal makes it possible to check whether or not there is an earth fault.

Le circuit électronique 5 fournit ainsi des signaux de mesure VI, V2 et V3 représentatifs des courants dans les différentes phases du réseau électrique ainsi qu'un signal de mesure VG représentatif de la somme vectorielle de ces courants. Ces quatre signaux de sortie VI, V2, V3 et VG sont ensuite fournis pour analyse à une unité de commande non représentée, du type relais de protection par exemple.The electronic circuit 5 thus provides measurement signals VI, V2 and V3 representative of the currents in the different phases of the electrical network and a measurement signal VG representative of the vector sum of these currents. These four output signals VI, V2, V3 and VG are then provided for analysis to a control unit, not shown, of the protection relay type, for example.

Le circuit électronique 5 est intégré dans un logement qui, selon une première variante, est le logement de l'un des trois capteurs magnétiques, ce qui permet de faire l'économie d'un logement propre dédié au circuit électronique. Dans ce cas, le logement du capteur intégrant également le circuit électronique est raccordé aux deux autres logements pour acheminer les signaux émis par ces capteurs vers le circuit électronique et est raccordé à l'unité de commande pour transporter les quatre signaux de mesure.The electronic circuit 5 is integrated in a housing which, according to a first variant, is the housing of one of the three magnetic sensors, which makes it possible to economize on a proper housing dedicated to the electronic circuit. In this case, the housing of the sensor also integrating the electronic circuit is connected to the other two slots to route the signals from these sensors to the electronic circuit and is connected to the control unit to carry the four measurement signals.

Dans une seconde variante, le logement du circuit électronique 5 peut aussi être un logement spécifique, par exemple lorsque les logements des capteurs sont trop petits ou lorsque le logement des capteurs est une enveloppe surmoulée en époxy ou polyuréthane. Dans ce cas, le logement du circuit électronique 5 est raccordé aux trois capteurs pour acheminer les signaux émis par les capteurs et est raccordé à l'unité de commande pour transporter les quatre signaux de mesure.In a second variant, the housing of the electronic circuit 5 may also be a specific housing, for example when the sensor housings are too small or when the sensor housing is an overmolded epoxy or polyurethane envelope. In this case, the housing of the electronic circuit 5 is connected to the three sensors to route the signals emitted by the sensors and is connected to the control unit to carry the four measurement signals.

Les raccordements et interconnections entre les capteurs magnétiques et le circuit électronique 5 sont réalisés par des câbles blindés flexibles. Le blindage permet de respecter les normes de compatibilité électromagnétique EMC (d'après l'anglais Electromagnetic Compatibility).The connections and interconnections between the magnetic sensors and the electronic circuit 5 are made by flexible shielded cables. The shielding makes it possible to respect electromagnetic compatibility standards EMC (according to the English Electromagnetic Compatibility).

Les figures 2a, 2b et 2c représentent différentes possibilités d'assemblage des logements des capteurs magnétiques. Ces logements sont des boîtiers Bl, B2 et B3 dans le mode de réalisation représenté. Comme mentionné plus haut, les capteurs magnétiques 1, 2 et 3 sont chacun logés dans un boîtier respectif. La forme des boîtiers Bl, B2 et B2 est identiques et globalement en forme d'anneau. Ils comportent ainsi chacun une ouverture centrale destinée au passage d'un conducteur d'une phase du réseau électrique (non représenté). Les boîtiers Bl, B2 et B3 sont adaptés pour être assemblés les uns avec les autres, selon différentes configurations.Figures 2a, 2b and 2c show different possibilities for assembling the housings of the magnetic sensors. These housings are housings B1, B2 and B3 in the embodiment shown. As mentioned above, the magnetic sensors 1, 2 and 3 are each housed in a respective housing. The shape of the housings B1, B2 and B2 is identical and globally in the form of a ring. They thus each comprise a central opening for the passage of a conductor of a phase of the electrical network (not shown). Housings Bl, B2 and B3 are adapted to be assembled with each other, according to different configurations.

Chaque boîtier comporte des trous cylindriques traversant T, ici au nombre de quatre, disposés en carré sensiblement sur la périphérie du boîtier. Le dispositif de mesure comporte également deux éléments intermédiaires de liaison L1 et L2 qui sont de forme générale allongée et comportent un trou traversant également de forme oblongue. En variante, ce trou est remplacé par une succession de trous cylindriques alignés les uns à côté des autres.Each housing has cylindrical holes through T, here four in number, arranged square substantially on the periphery of the housing. The measuring device also comprises two intermediate connecting elements L1 and L2 which are generally elongate in shape and comprise a through hole also of oblong shape. Alternatively, this hole is replaced by a succession of cylindrical holes aligned next to each other.

Les trous des boîtiers et des éléments de liaison sont destinés à recevoir des vis ou des tenons non représentés.The holes of the housings and connecting elements are intended to receive screws or pins not shown.

Selon la figure 2a, les boîtiers sont assemblés selon une même orientation et de manière décalée. Plus précisément, les boîtiers sont tous sensiblement perpendiculaires à une même direction qui est celle des conducteurs de phases (non représentés). Un boîtier B2 en position centrale est décalé par rapport aux deux autres boîtiers Bl et B3 disposés de part et d'autre du premier.According to Figure 2a, the housings are assembled in the same orientation and shifted. More specifically, the housings are all substantially perpendicular to the same direction which is that of the phase conductors (not shown). A B2 housing in the central position is offset from the other two boxes B1 and B3 disposed on either side of the first.

Dans le montage de la figure 2a, on voit que les boîtiers des capteurs peuvent avantageusement se chevaucher partiellement, ce qui permet de les utiliser quand les conducteurs réseau sont rapprochés les uns des autres, c'est-à-dire quand l'écartement entre les conducteurs n'est pas suffisant pour installer les boîtiers les uns à côté des autres.In the assembly of FIG. 2a, it can be seen that the housings of the sensors can advantageously partially overlap, which makes it possible to use them when the network conductors are brought closer together, that is to say when the spacing between the conductors is not enough to install the boxes next to each other.

Selon la figure 2b, les boîtiers sont également assemblés selon une même orientation et de manière décalée, mais les boîtiers sont plus écartés les uns des autres que selon la figure précédente.According to Figure 2b, the housings are also assembled in the same orientation and shifted, but the housings are further apart from each other than in the previous figure.

Selon la figure 2c, les boîtiers sont également assemblés selon une même orientation, mais sont alignés dans un même plan.According to Figure 2c, the housings are also assembled in the same orientation, but are aligned in the same plane.

Dans tous les cas, les éléments de liaison Ll et L2 sont dans un plan perpendiculaire à la direction des conducteurs des phases. Dans les figures 2a et 2b, les éléments de liaison sont placés entre le boîtier en position centrale et les deux autres boîtiers. Dans la figure 2c, les éléments de liaison sont placés contre les boîtiers. Dans tous les cas, les trous périphériques des boîtiers et les trous des éléments de liaison sont en vis-à-vis, de sorte que des vis (non représentées) peuvent être insérées dans les trous périphériques des boîtiers et les trous des éléments de liaison pour rigidifier l'assemblage des boîtiers. L'assemblage des boîtiers est ainsi facilement adaptable à différentes configurations et différents écartements entre les conducteurs du réseau électrique.In all cases, the connecting elements L1 and L2 are in a plane perpendicular to the direction of the conductors of the phases. In Figures 2a and 2b, the connecting elements are placed between the housing in the central position and the other two housings. In Figure 2c, the connecting elements are placed against the housings. In all cases, the peripheral holes of the housings and the holes of the connecting elements are in facing relation, so that screws (not shown) can be inserted into the peripheral holes of the housings and the holes of the connecting elements. to stiffen the assembly of the housings. The assembly of the housings is thus easily adaptable to different configurations and different distances between the conductors of the electrical network.

Claims

1. Device for measuring current flowing in an electrical network comprising a plurality of phases, characterized in that it comprises current measurement magnetic sensors (1, 2, 3) respectively intended for each phase of the electrical network, each magnetic sensor being housed in a separate housing (B1, B2, B3), an electronic circuit (5) connected to the magnetic sensors and having a shunt resistor (R1, R2, R3) respectively for each phase of the electrical network and a global shunt resistor ( RG) for all the phases of the electrical network, each magnetic sensor (1, 2, 3) being able to supply a measurement signal to the electronic circuit (5), the electronic circuit being able to produce phase voltage signals (VI , V2, V3) respectively representative of the current flowing in each phase and a global voltage signal (VG) representative of the vector sum of the currents flowing in the phases of the network electric.

2. Device for measuring current flowing in a multi-phase electrical network according to claim 1, characterized in that it comprises at least one element (L1, L2) for connecting the housings (B1, B2, B3) of the magnetic sensors. between them, the at least one connecting element being able to connect the housings of the magnetic sensors according to a variable distance between them.

3. Current measuring device circulating in a multi-phase electrical network according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic circuit (5) is integrated in the housing of one of the magnetic sensors.

4. Device for measuring current flowing in a multi-phase electrical network according to claim 1 or 2, characterized in that the electronic circuit (5) is integrated in a specific housing.