FR3067869A1 - Systeme de protection electrique dans un aeronef - Google Patents
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Abstract
Un système de protection électrique protège au moins une charge électrique (L1) et comporte une protection principale (SW1, SW2) basée sur une surveillance d'évolution du courant dans le temps par rapport à une première courbe de déclenchement prédéfinie définissant un premier seuil de courant dans le temps. Le système de protection électrique comporte aussi une protection complémentaire en charge de suppléer la protection principale grâce à un ou plusieurs disjoncteurs (301) à commande à distance et une surveillance d'évolution du courant dans le temps par rapport à une seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant un second seuil de courant dans le temps supérieur au premier seuil de courant. Lorsque le courant sur une ligne électrique alimentant une charge électrique dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, le système de protection électrique ouvre à distance chaque disjoncteur (301) à commande à distance. Cela permet d'obtenir un système de protection électrique hautement réactif.
Description
SYSTEME DE PROTECTION ELECTRIQUE DANS UN AERONEF
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne des systèmes de protection électrique à base de contrôleurs de puissance à semi-conducteurs, un procédé implémenté par de tels systèmes de protection électrique, et des aéronefs comportant de tels systèmes de protection électrique.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Equipements de protection électrique de nouvelle génération, les contrôleurs de puissance à semi-conducteurs S SPC (« Solid State Power Controllers » en langue anglo-saxonne) sont des dispositifs à base de semi-conducteurs qui commandent la puissance électrique fournie à une charge électrique. Les contrôleurs SSPC réalisent des fonctions de supervision et de diagnostic, afin de détecter T occurrence de conditions de surcharge et/ou de court-circuit. Sur détection de conditions de surcharge et/ou de courtcircuit, les contrôleurs SSPC coupent en conséquence l’alimentation de puissance et permettent ainsi de protéger le réseau électrique contre les situations de surcharge et de court-circuit. Les contrôleurs SSPC ont la même fonction que les disjoncteurs, mais parce qu'ils sont plus fiables et plus rapides que les disjoncteurs, les contrôleurs SSPC sont typiquement utilisés dans des contextes d’alimentation de puissance critiques, comme c’est par exemple le cas dans les aéronefs.
Les contrôleurs SSPC coupent la puissance lorsqu'il y a trop de transfert d'énergie, là où un disjoncteur ne se déclenche que lorsque le courant de sortie atteint un point de déclenchement prédéfini. Par exemple, contrairement aux disjoncteurs, les contrôleurs SSPC sont aptes à anticiper la survenue d’un court-circuit. Les contrôleurs SSPC sont notamment plus performants lorsque le courant de sortie augmente lentement au lieu d’atteindre instantanément ledit point de déclenchement.
Les contrôleurs SSPC doivent respecter certaines normes pour assurer une conception et un fonctionnement appropriés à son contexte d’utilisation. Par exemple, le document normatif BS ISO 8816, lere édition, 1993, décrit les exigences générales des contrôleurs SSPC utilisables dans les réseaux électriques des aéronefs, et le document normatif ISO 27027, 2nde édition, 2014, décrit les exigences générales des contrôleurs SSPC utilisables dans les réseaux électriques de l'industrie aérospatiale.
Les contrôleurs SSPC sont généralement constitués de deux mécanismes de protection. Un premier mécanisme assure une protection principale et un second mécanisme apporte une protection complémentaire en cas de défaillance du premier mécanisme. La protection principale est assurée grâce à des transistors qui permettent de rendre cette protection principale programmable, en fixant le seuil de déclenchement de manière variable selon une courbe de courant évolutive en fonction du temps. On parle de courbe de déclenchement (« trip curve » en langue anglo-saxonne). La protection complémentaire est appelée mécanisme « Fail-Safe » dans la littérature, et est habituellement constituée d’un fusible, dont le seuil de déclenchement est aussi, par nature, variable selon une courbe de courant évolutive en fonction du temps. Le fusible est placé en série dans le réseau électrique par rapport à la protection principale. A chaque instant, le seuil de déclenchement de la courbe de déclenchement du fusible est supérieur à celui de la courbe de déclenchement de la protection principale, afin de remplir un rôle de protection de sauvegarde (« back-up protection » en langue anglosaxonne) par rapport à la protection principale réalisée grâce aux transistors.
Bien que de tels fusibles soient bien appropriés en tant que protection complémentaire dans les contrôleurs SSPC des réseaux électriques usuels des aéronefs, leur temps de réaction élevé pourrait poser problème pour les évolutions futures des réseaux électriques des aéronefs. Il est donc souhaitable de fournir une solution qui permette de réduire ce temps de réaction de la protection complémentaire.
Un autre problème posé par l’utilisation de tels fusibles est la perte de puissance par dissipation de chaleur. Il est donc aussi souhaitable de fournir une solution qui limite les pertes énergétiques.
Il est aussi souhaitable de fournir une solution qui soit plus flexible en termes d’installation et de maintenance.
Il est aussi souhaitable de fournir une solution qui soit simple à mettre en œuvre et à faible coût.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de proposer un système de protection électrique destiné à protéger au moins une charge électrique alimentée par une source électrique dans un réseau électrique d’aéronef, le système de protection électrique étant destiné à être connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique et à chaque charge électrique via au moins une seconde ligne électrique, chaque dite seconde ligne électrique étant connectée en fonctionnement nominal dudit réseau électrique à une dite première ligne électrique via le système de protection électrique qui comporte : une protection principale, sur chaque seconde ligne électrique, basée sur une surveillance d’évolution du courant dans le temps par rapport à une première courbe de déclenchement prédéfinie définissant un premier seuil de courant dans le temps ; et une protection complémentaire en charge de suppléer la protection principale. Le système de protection électrique est tel que la protection complémentaire comporte : un disjoncteur à commande à distance pour chaque première ligne électrique ; une surveillance d’évolution du courant dans le temps, sur chaque seconde ligne électrique, par rapport à une seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant un second seuil de courant dans le temps supérieur au premier seuil de courant ; et des moyens pour, lorsque le courant dans une dite seconde ligne électrique dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, ouvrir à distance chaque disjoncteur à commande à distance.
Ainsi, en utilisant une protection complémentaire à base de disjoncteur et de surveillance d’évolution de courant par rapport à ladite seconde courbe de déclenchement, le système de protection électrique est hautement réactif. De plus, les dissipations de chaleur sont réduites par rapport à l’utilisation de fusibles et les pertes de puissance sont ainsi limitées.
Selon un mode de réalisation particulier, la source électrique étant de type alternatif : un unique disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à ladite source électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, la source électrique étant de type hautetension courant-continu, un disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une composante positive de ladite source électrique ; et un autre disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une composante négative de ladite source électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, la source électrique étant de type alternatif polyphasé, un disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé, sur une dite première ligne électrique, pour chaque phase de ladite source électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, la source électrique étant de type alternatif triphasé : un premier disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une première phase de ladite source électrique ; un second disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une seconde phase de ladite source électrique ; et un troisième disjoncteur à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à la troisième phase de ladite source électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, les disjoncteurs à commande à distance sont inclus dans un disjoncteur multipolaire et correspondent à des pôles distincts dudit disjoncteur multipolaire.
Selon un mode de réalisation particulier, les première et seconde courbes de déclenchement sont programmables.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un aéronef équipé d’au moins une charge électrique alimentée par une source électrique dans un réseau électrique de l’aéronef, l’aéronef étant en outre équipé d’un système de protection électrique connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique et à chaque charge électrique via au moins une seconde ligne électrique, de telle sorte que le système de protection électrique est agencé comme ci-dessus.
Un autre objet de la présente invention est de proposer un procédé de protection électrique implémenté par un système de protection électrique protégeant au moins une charge électrique alimentée par une source électrique dans un réseau électrique d’aéronef, le système de protection électrique étant connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique et à chaque charge électrique via au moins une seconde ligne électrique, chaque dite seconde ligne électrique étant connectée en fonctionnement nominal dudit réseau électrique à une dite première ligne électrique via le système de protection électrique qui implémente : une protection principale, sur chaque seconde ligne électrique, basée sur une surveillance d’évolution du courant dans le temps par rapport à une première courbe de déclenchement prédéfinie définissant un premier seuil de courant dans le temps ; et une protection complémentaire en charge de suppléer la protection principale. Le système de protection électrique est tel qu’il comporte un disjoncteur à commande à distance pour chaque première ligne électrique, et que la protection complémentaire effectue : une surveillance d’évolution du courant dans le temps, sur chaque seconde ligne électrique, par rapport à une seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant un second seuil de courant dans le temps supérieur au premier seuil de courant ; et lorsque le courant dans une dite seconde ligne électrique dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, une ouverture à distance de chaque disjoncteur à commande à distance.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :
- la Fig. 1 montre une vue de dessus d’un aéronef dans lequel un système de protection électrique est installé ;
- la Fig. 2 illustre schématiquement le système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1, selon un premier mode de réalisation ;
- la Fig. 3 illustre schématiquement le système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1, selon un second mode de réalisation ;
- la Fig. 4 illustre schématiquement le système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1, selon un troisième mode de réalisation ;
- la Fig. 5 illustre schématiquement un agencement interne du système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1 ;
- la Fig. 6 illustre schématiquement une courbe d’évolution de mesures de courant en fonction du temps, ainsi que deux courbes de déclenchement utilisées en comparaison ;
- la Fig. 7 illustre schématiquement un organigramme d’algorithme de contrôle de protection électrique implémenté par le système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1 ; et
-la Fig. 8 illustre schématiquement un exemple d’architecture matérielle d’un contrôleur du système de protection électrique installé dans l’aéronef de la Fig. 1.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION
La Fig. 1 montre, en vue de dessus, un aéronef 100 qui comporte un fuselage de chaque côté duquel est fixée une aile qui porte au moins un moteur, préférentiellement de type turboréacteur double flux. Chaque aile peut être munie de plusieurs moteurs de propulsion. L’aéronef 100 pourrait en variante être agencé avec un unique moteur.
L’aéronef 100 est muni d’un réseau électrique, par exemple de type haute-tension courant-continu HVDC (« High Voltage Direct Current » en langue anglo-saxonne). Ce réseau électrique est équipé d’un système de protection électrique 101, tel que décrit ciaprès.
La Fig. 2 illustre schématiquement le système de protection électrique 101, selon un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le réseau électrique est de type alternatif AC (« Alternate Current » en langue anglo-saxonne) et comporte au moins une charge électrique. De manière illustrative, la Fig. 2 montre un ensemble de charges électriques Ll, L2 et L3. Une source d’alimentation de courant alternatif (libellée « AC » sur la Fig. 2) alimente électriquement le réseau électrique grâce à une première ligne électrique 251.
Le système de protection électrique 101 inclut un boîtier de distribution de puissance SPDB (« Subsystem Power Distribution Box » en langue anglo-saxonne) en charge de surveiller l’évolution dans le temps du courant délivré à chacune des charges électriques Ll, L2 et L3. Afin d’implémenter la surveillance de l’évolution de courant dans le temps, le boîtier de distribution de puissance SPDB est alimenté électriquement par une source électrique distincte de ladite source d’alimentation de courant alternatif.
Le système de protection électrique 101 inclut en outre un unique disjoncteur à commande à distance RCCB (« Remote Controlled Circuit Breaker » en langue anglosaxonne) 201 placé sur la première ligne électrique 251. Le boîtier de distribution de puissance SPDB contrôle la fermeture et l’ouverture du disjoncteur à commande à distance RCCB 201 grâce à un lien 211. Le boîtier de distribution de puissance SPDB est connecté à chacune des charges électriques Ll, L2 et L3 via des secondes lignes électriques respectives 252. En fonctionnement nominal du réseau électrique, chacune des secondes lignes électriques 252 est ainsi connectée à la première ligne électrique 251 via le système de protection électrique 101.
Le boîtier de distribution de puissance SPDB inclut un mécanisme de protection principale à base de transistors, comme les contrôleurs SSPC disponibles sur étagère, pour chaque seconde ligne électrique 252 connectée à une des charges électriques Ll, L2 et L3. Dans le schéma de la Fig. 2, le boîtier de distribution de puissance SPDB comporte ainsi trois mécanismes de protection principale SW1, SW2 et SW3 destinés à respectivement fournir la protection principale aux charges électriques Ll, L2 et L3.
Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2 et SW3 surveille l’évolution du courant délivré à la charge électrique Ll, L2 et L3 qui lui est connectée. Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2 et SW3 est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t (où I représente le courant et t représente le temps) délivrée à la charge électrique Ll, L2 et L3 qui lui est connectée, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par une première courbe de déclenchement prédéfinie définissant un premier seuil de courant dans le temps. Les mécanismes de protection principale SW1, SW2 et SW3 peuvent utiliser des courbes de déclenchement prédéfinies identiques ou des courbes de déclenchement prédéfinies distinctes. Cela dépend des caractéristiques des charges électriques Ll, L2 et L3 en question.
Lorsque le courant surveillé dépasse la première courbe de déclenchement prédéfinie, le mécanisme de protection principale SW1, SW2 ou SW3 en question coupe l’alimentation électrique pour la seconde ligne électrique 252 sur laquelle ledit mécanisme de protection principale SW1, SW2 ou SW3 en question est connecté.
Le système de protection électrique 101 inclut un mécanisme de protection complémentaire, tel que détaillé ci-après en relation avec la Fig. 5. Fe mécanisme de protection complémentaire inclut le disjoncteur à commande à distance RCCB 201. De plus, le mécanisme de protection complémentaire surveille l’évolution du courant délivré aux charges électriques Fl, F2 et F3. Fe mécanisme de protection complémentaire est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t délivrée à chaque charge électrique Fl, F2 et F3, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par une seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant un second seuil de courant dans le temps. Comme montré sur la Fig. 6, le second seuil de courant dans le temps est supérieur, en tout point du temps, au premier seuil de courant défini par la première courbe de déclenchement prédéfinie.
Forsque le courant surveillé pour Tune quelconque des secondes lignes électriques 252 dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, le mécanisme de protection complémentaire coupe T alimentation électrique pour la première ligne électrique 251 en commandant une ouverture à distance du disjoncteur à commande à distance RCCB 201 via le lien 211. Cet aspect est détaillé ci-après en relation avec la Fig. 7. Fa coupure d’alimentation de la protection complémentaire est ainsi assurée par l’emploi d’un disjoncteur contrôlé, ce qui diffère du mécanisme à base de transistors de la protection principale, et ce, afin d’empêcher des situations dans lesquelles à la fois la protection principale et la protection complémentaire se trouvent défaillantes. F’emploi d’un tel disjoncteur et de cette seconde courbe de déclenchement prédéfinie à la place d’un fusible permet de limiter les dissipations de chaleur et donc la perte de puissance.
La Fig. 3 illustre schématiquement le système de protection électrique 101, selon un second mode de réalisation. Dans ce second mode de réalisation, le réseau électrique est de type HVDC et comporte au moins une charge électrique. De manière illustrative, la Fig. 3 montre l’ensemble de charges électriques Ll, L2 et L3. Une source d’alimentation de courant continu, comportant une composante positive (libellée « HVDC+ » sur la Fig. 3) et une composante négative (libellée « HVDC- » sur la Fig. 3), alimente électriquement le réseau électrique grâce à une première ligne électrique 351 pour chacune desdites composantes.
Le système de protection électrique 101 inclut le boîtier de distribution de puissance SPDB en charge de surveiller l’évolution dans le temps du courant délivré à chacune des charges électriques Ll, L2 et L3. Afin d’implémenter la surveillance de l’évolution de courant dans le temps, le boîtier de distribution de puissance SPDB est alimenté électriquement par une source électrique distincte de ladite source d’alimentation de courant de type HVDC.
Le système de protection électrique 101 inclut en outre un disjoncteur à commande à distance RCCB 301 placé sur chacune des premières lignes électriques 351. Le boîtier de distribution de puissance SPDB contrôle la fermeture et l’ouverture des disjoncteurs à commande à distance RCCB 301 grâce respectivement à des liens 311 et 312. Le boîtier de distribution de puissance SPDB est connecté à chacune des charges électriques Ll, L2 et L3 via des secondes lignes électriques respectives 352. En fonctionnement nominal du réseau électrique, chacune des secondes lignes électriques 352 est ainsi connectée à l’une des premières lignes électriques 351 via le système de protection électrique 101, de sorte que chaque charge électrique Ll, L2 et L3 est connectée à chacune des premières lignes électriques 351 via le système de protection électrique 101.
Le boîtier de distribution de puissance SPDB inclut ici aussi un mécanisme de protection principale à base de transistors, comme les contrôleurs SSPC disponibles sur étagère, pour chaque seconde ligne électrique 352 connectée à une des charges électriques Ll, L2 et L3. Dans le schéma de la Fig. 3, le boîtier de distribution de puissance SPDB comporte ainsi six mécanismes de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 destinés à fournir la protection principale aux trois charges électriques Ll, L2 et L3.
Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 surveille l’évolution du courant délivré à la charge électrique Ll, L2 ou L3 qui lui est connectée. Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t délivrée à la charge électrique Ll, L2 ou L3 qui lui est connectée, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par la première courbe de déclenchement prédéfinie définissant le premier seuil de courant dans le temps. Les mécanismes de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 peuvent utiliser des courbes de déclenchement prédéfinies identiques ou des courbes de déclenchement prédéfinies distinctes. Cela dépend des caractéristiques des charges électriques Ll, L2 et L3 en question.
Lorsque le courant surveillé dépasse la première courbe de déclenchement prédéfinie, le mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ou SW6 en question coupe l’alimentation électrique pour la seconde ligne électrique 252 sur laquelle ledit mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ou SW6 en question est connecté.
Le système de protection électrique 101 inclut ici aussi un mécanisme de protection complémentaire, tel que détaillé ci-après en relation avec la Fig. 5. Le mécanisme de protection complémentaire inclut les disjoncteurs à commande à distance RCCB 301. De plus, le mécanisme de protection complémentaire surveille l’évolution du courant délivré aux charges électriques Ll, L2 et L3. Le mécanisme de protection complémentaire est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t délivrée à chaque charge électrique Ll, L2 et L3, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par la seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant le second seuil de courant dans le temps.
Lorsque le courant surveillé pour l’une quelconque des secondes lignes électriques 352 dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie correspondante, le mécanisme de protection complémentaire coupe l’alimentation électrique, en commandant une ouverture à distance de chaque disjoncteur à commande à distance RCCB 301 via les liens 311 et 312. Cet aspect est détaillé ci-après en relation avec la Fig. 7.
Dans un mode de réalisation particulier, les disjoncteurs à commande à distance RCCB 301 sont inclus dans un même disjoncteur multipolaire et correspondent à des pôles distincts dudit disjoncteur multipolaire (un premier pôle pour la composante positive HVDC + et un second pôle pour la composante négative HVDC -). L’ouverture et la fermeture des pôles du disjoncteur multipolaire s’effectuent alors de manière simultanée, par commande à distance grâce à un unique lien, par exemple le lien 311.
La Fig. 4 illustre schématiquement le système de protection électrique 101, selon un troisième mode de réalisation. Dans ce troisième mode de réalisation, le réseau électrique est de type alternatif AC polyphasé et comporte au moins une charge électrique. De manière illustrative, la Fig. 4 montre les charges électriques Ll et L2, et le réseau électrique est de type alternatif AC triphasé. Une source d’alimentation de courant alternatif triphasé (libellée « AC » sur la Fig. 4) alimente électriquement le réseau électrique grâce à trois premières lignes électriques 451 (une ligne électrique pour chacune des phases).
Le système de protection électrique 101 inclut ici aussi un boîtier de distribution de puissance SPDB en charge de surveiller l’évolution dans le temps du courant délivré à chacune des charges électriques Ll et L2. Afin d’implémenter la surveillance de l’évolution de courant dans le temps, le boîtier de distribution de puissance SPDB est alimenté électriquement par une source électrique distincte de ladite source d’alimentation de courant alternatif triphasé.
Le système de protection électrique 101 inclut en outre un disjoncteur à commande à distance RCCB 401 placé sur chacune des premières lignes électriques 451. Le boîtier de distribution de puissance SPDB contrôle la fermeture et l’ouverture des disjoncteurs à commande à distance RCCB 401 grâce respectivement à des liens 411, 412 et 413. Le boîtier de distribution de puissance SPDB est connecté à chacune des charges électriques Ll et L2 via des secondes lignes électriques respectives 452. En fonctionnement nominal du réseau électrique, chacune des secondes lignes électriques 452 est ainsi connectée à l’une des premières lignes électriques 451 via le système de protection électrique 101, de sorte que chaque charge électrique Ll et L2 est connectée à chacune des premières lignes électriques 451 via le système de protection électrique 101.
Le boîtier de distribution de puissance SPDB inclut ici aussi un mécanisme de protection principale à base de transistors comme les contrôleurs SSPC disponibles sur étagère, pour chaque seconde ligne électrique 452 connectée à une des charges électriques Ll et L2. Dans le schéma de la Fig. 4, le boîtier de distribution de puissance SPDB comporte ainsi six mécanismes de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 destinés à respectivement fournir la protection principale aux charges électriques Ll et L2.
Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 surveille l’évolution du courant délivré à la charge électrique LI ou L2 qui lui est connectée. Chaque mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t délivrée à la charge électrique LI ou L2 qui lui est connectée, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par la première courbe de déclenchement prédéfinie définissant le premier seuil de courant dans le temps. Les mécanismes de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 et SW6 peuvent utiliser des courbes de déclenchement prédéfinies identiques ou des courbes de déclenchement prédéfinies distinctes. Cela dépend des caractéristiques des charges électriques LI et L2 en question.
Lorsque le courant surveillé dépasse la première courbe de déclenchement prédéfinie, le mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ou SW6 en question coupe l’alimentation électrique pour la seconde ligne électrique 452 sur laquelle ledit mécanisme de protection principale SW1, SW2, SW3, SW4, SW5 ou SW6 en question est connecté.
Le système de protection électrique 101 inclut ici aussi un mécanisme de protection complémentaire, tel que détaillé ci-après en relation avec la Fig. 5. Le mécanisme de protection complémentaire inclut les disjoncteurs à commande à distance RCCB 401. De plus, le mécanisme de protection complémentaire surveille l’évolution du courant délivré aux charges électriques LI et L2. Le mécanisme de protection complémentaire est plus particulièrement en charge de surveiller l’énergie traversante I2t délivrée à chaque charge électrique LI et L2, afin de s’assurer que l’énergie traversante I2t reste dans les limites fixées par la seconde courbe de déclenchement prédéfinie définissant le second seuil de courant dans le temps. Comme montré sur la Fig. 6, le second seuil de courant est supérieur, en tout point du temps, au premier seuil de courant défini par la première courbe de déclenchement prédéfinie.
Lorsque le courant surveillé pour l’une quelconque des secondes lignes électriques 452 dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie correspondante, le mécanisme de protection complémentaire coupe l’alimentation électrique, en commandant une ouverture à distance des disjoncteurs à commande à distance RCCB 401 via les liens 411, 412 et 413. Cet aspect est détaillé ci-après en relation avec la Fig. 7.
Dans un mode de réalisation particulier, les disjoncteurs à commande à distance RCCB 401 sont inclus dans un même disjoncteur multipolaire et correspondent à des pôles distincts dudit disjoncteur multipolaire (un pôle pour chaque phase). L’ouverture et la fermeture des pôles du disjoncteur multipolaire s’effectuent alors de manière simultanée, par commande à distance grâce à un unique lien, par exemple le lien 411.
La Fig· 5 illustre schématiquement un agencement interne du système de protection électrique 101. La Fig. 5 reprend partiellement, pour des soucis de simplification illustrative, le contenu de la Fig. 3. Le même principe s’applique dans les modes de réalisation des Figs. 2 et 4, en remplaçant les premières lignes électriques 351 par les premières lignes 251 et 451 respectivement, et en remplaçant les secondes lignes électriques 352 par les secondes lignes électriques 252 et 452 respectivement. On y retrouve la charge électrique Ll, ainsi que le mécanisme de protection principale SW1, SW2 connecté aux secondes lignes électriques 352 qui relient la charge électrique Ll à l’alimentation électrique. On y retrouve aussi les disjoncteurs à commande à distance RCCB 301 qui sont placés sur les premières lignes électriques 351 par lesquelles l’alimentation électrique est fournie par la source d’alimentation de courant continu de type HVDC. On y retrouve aussi les liens 311 et 312 permettant au boîtier de distribution de puissance SPDB de contrôler la fermeture et l’ouverture des disjoncteurs à commande à distance RCCB 301.
Selon l’agencement de la Fig. 5, des capteurs SI et S2 sont respectivement placés sur les secondes lignes électriques 352. Ces capteurs SI et S2 sont par exemple des sondes à effet Hall, ou des sondes à effet Néel, ou des enroulements de Rogowski (lorsque le courant mesuré est alternatif). Ces capteurs SI et S2 effectuent respectivement des mesures de courants sur les secondes lignes électriques 352 en question, pour permettre au boîtier de distribution de puissance SPDB de surveiller l’évolution du courant sur ces secondes lignes électriques au fil du temps. Ces capteurs SI et S2 peuvent être communément utilisés par le mécanisme de protection principale et le mécanisme de protection complémentaire pour surveiller l’évolution du courant sur ces secondes lignes électriques au fil du temps. En variante, le mécanisme de protection principale et le mécanisme de protection complémentaire peuvent utiliser des capteurs distincts.
Le boîtier de distribution de puissance SPDB inclut un contrôleur C qui est relié aux capteurs SI et S2 par des liens respectifs 501 et 502, afin de récupérer les mesures de courant effectuées par lesdits capteurs SI et S2. Le contrôleur C effectue une comparaison de l’évolution du courant sur chacune des secondes lignes électriques 352 par rapport à la seconde courbe de déclenchement. Lorsque les mesures effectuées par le capteur Sl montrent un dépassement de la seconde courbe de déclenchement et/ou lorsque les mesures effectuées par le capteur S2 montrent un dépassement de la seconde courbe de déclenchement, le contrôleur C commande une ouverture des disjoncteurs à commande à distance RCCB 301 via les liens 311 et 312. Un exemple d’architecture matérielle du contrôleur C est détaillé ci-après en relation avec la Fig. 8. Il est aussi possible d’utiliser un même contrôleur pour surveiller l’évolution du courant dans le temps par rapport aux première et seconde courbes de déclenchement.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le système de protection électrique 101 comporte, en termes de mécanisme de protection électrique, uniquement les protections principales et complémentaires détaillées ci-dessus en relation avec les Figs. 2 à 5.
La Fig. 6 illustre schématiquement une courbe d’évolution de mesures de courant en fonction du temps 601. Dans le cadre de la Fig. 5, la courbe 601 représente sous forme continue les mesures de courant effectuées au fil du temps par le capteur Sl ou S2. On voit sur la gauche de la Fig. 6 que les mesures de courant effectuées sont représentatives d’un courant d’appel (« inrush current » en langue anglo-saxonne).
La Fig. 6 illustre aussi schématiquement la première courbe de déclenchement
602, qui sert de référence à la protection principale. La première courbe de déclenchement 602 est adaptée à la prise en compte de courants d’appel. Si la courbe de mesures de courant 601 dépasse la première courbe de déclenchement 602 à un instant donné, la protection principale s’enclenche et l’alimentation électrique de la charge électrique concernée est coupée.
La Fig. 6 illustre aussi schématiquement la seconde courbe de déclenchement
603, qui sert de référence à la protection complémentaire. En tout point du temps, la seconde courbe de déclenchement 603 définit un seuil de déclenchement qui est supérieur au seuil de déclenchement défini par la première courbe de déclenchement 602. Si la courbe de mesures de courant 601 dépasse la seconde courbe de déclenchement 603 à un instant donné (ce qui signifie que la protection principale a eu une défaillance), la protection complémentaire s’enclenche et l’alimentation électrique de l’ensemble des charges électriques est coupée.
Dans un mode de réalisation particulier, les première et seconde courbes de déclenchement sont programmables. Cela permet d’aisément adapter le comportement du système de protection électrique 101 en fonction des caractéristiques du réseau électrique dans lequel le système de protection électrique 101 est destiné à être utilisé. Cela évite notamment d’avoir à effectuer des changements matériels en ce qui concerne le système de protection électrique 101 lorsqu’évolue le réseau électrique dans lequel le système de protection électrique 101 est destiné à être utilisé (type de charges électriques présentes dans le réseau électrique,..
La Fig. 7 illustre schématiquement un organigramme d’algorithme de contrôle de protection électrique implémenté par le système de protection électrique 101. Dans le cadre de la Fig. 5, l’algorithme représenté par la Fig. 7 est plus particulièrement implémenté par le contrôleur C.
Dans une étape 701, le système de protection électrique 101 déclenche l’algorithme. L’algorithme est par exemple déclenché par cadencement grâce à une horloge. L’algorithme peut en variante être déclenché par survenue d’un événement prédéfini, comme une action utilisateur sur un panneau de commande du boîtier de distribution de puissance SPDB.
Dans une étape 702, le système de protection électrique 101 obtient des mesures de courant et des informations temporelles associées, représentatives d’instants auxquels lesdites mesures ont été respectivement effectuées. Les mesures de courant sont effectuées sur chaque seconde ligne électrique reliant le système de protection électrique 101 à une dite charge électrique.
Dans une étape 703, le système de protection électrique 101 effectue une comparaison entre les mesures de courant obtenues à l’étape 702, en association avec leurs informations temporelles, et des données de référence constituées par la seconde courbe de déclenchement susmentionnée.
Dans une étape 704, le système de protection électrique 101 vérifie si les mesures de courant obtenues à l’étape 702 dépassent ou pas la seconde courbe de déclenchement susmentionnée. Les informations temporelles associées aux mesures permettent de déterminer l’énergie traversante I2t et de la comparer à ladite seconde courbe de déclenchement. Si les mesures de courant obtenues à l’étape 702 dépassent la seconde courbe de déclenchement, une étape 705 est effectuée ; sinon, le système de protection électrique 101 se met en attente d’un nouveau déclenchement de l’algorithme et l’étape 701 est réitérée.
Dans l’étape 705, le système de protection électrique 101 déclenche la protection complémentaire. Pour ce faire, le système de protection électrique 101 commande l’ouverture du disjoncteur à commande à distance RCCB (premier mode de réalisation présenté ci-dessus en relation avec la Fig. 2) ou l’ouverture de tous les disjoncteurs à commande à distance RCCB (second mode de réalisation présenté ci-dessus en relation avec la Fig. 3, et troisième mode de réalisation présenté ci-dessus en relation avec la Fig. 4).
Dans une étape 706, le système de protection électrique 101 vérifie si un ordre de réactivation est reçu. Un tel ordre de réaction est par exemple une action utilisateur sur un panneau de commande du boîtier de distribution de puissance SPDB. Si un tel ordre de réactivation est reçu, le système de protection électrique 101 se met en attente d’un nouveau déclenchement de l’algorithme et l’étape 701 est réitérée ; sinon, l’algorithme boucle sur l’étape 706.
La Fig. 8 illustre schématiquement un exemple d’architecture matérielle du contrôleur C du boîtier de distribution de puissance SPDB. Le contrôleur C comporte alors, reliés par un bus de communication 801 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en langue anglo-saxonne) ; une mémoire vive RAM (« Random Access Memory » en langue anglo-saxonne) ; une mémoire morte ROM (« Read Only Memory » en langue anglo-saxonne) ; une unité de stockage, telle qu’un disque dur HDD (« Hard Disk Drive » en langue anglo-saxonne), ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en langue anglo-saxonne) ; une interface de commande COM permettant au contrôleur C de contrôler un ou plusieurs disjoncteurs à commande à distance RCCB.
Le processeur CPU est capable d’exécuter des instructions chargées dans la mémoire RAM à partir de la mémoire ROM, d’une mémoire externe (non représentée), d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication (non représenté). Lorsque le contrôleur C est mis sous tension, le processeur CPU est capable de lire de la mémoire RAM des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant l’implémentation, par le processeur CPU, de tout ou partie de l’algorithme et des étapes décrits ci-dessus en relation avec la Fig. 7.
Tout ou partie de l’algorithme et des étapes décrits ci-dessus en relation avec la Fig. 7 peut ainsi être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un DSP (« Digital Signal Processor » en langue anglo-saxonne) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant dédié, par exemple un composant FPGA (« Field-Programmable Gâte Array » en langue anglo-saxonne) ou ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en langue anglo-saxonne). D’une manière générale, le contrôleur C comporte de la circuiterie électronique adaptée pour implémenter, sous forme logicielle et/ou matérielle, l’algorithme et les étapes décrits cidessus en relation avec la Fig. 7.
Claims (9)
1/ Système de protection électrique (101) destiné à protéger au moins une charge électrique (Ll, L2, L3) alimentée par une source électrique dans un réseau électrique d’aéronef (100), le système de protection électrique (101) étant destiné à être connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique (251, 351, 451) et à chaque charge électrique (Ll, L2, L3) via au moins une seconde ligne électrique (252, 352, 452), chaque dite seconde ligne électrique (252, 352, 452) étant connectée en fonctionnement nominal dudit réseau électrique à une dite première ligne électrique (251, 351, 451) via le système de protection électrique (101) qui comporte :
-une protection principale (SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6), sur chaque seconde ligne électrique (252, 352, 452), basée sur une surveillance d’évolution du courant dans le temps par rapport à une première courbe de déclenchement prédéfinie (602) définissant un premier seuil de courant dans le temps ; et
- une protection complémentaire en charge de suppléer la protection principale ; caractérisé en ce que la protection complémentaire comporte :
-un disjoncteur (201, 301, 401) à commande à distance pour chaque première ligne électrique (251, 351, 451) ;
- une surveillance d’évolution du courant dans le temps, sur chaque seconde ligne électrique (252, 352, 452), par rapport à une seconde courbe de déclenchement prédéfinie (603) définissant un second seuil de courant dans le temps supérieur au premier seuil de courant ; et
- des moyens pour, lorsque le courant dans une dite seconde ligne électrique dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, ouvrir (705) à distance chaque disjoncteur (201, 301, 401) à commande à distance.
2/ Système de protection électrique (101) selon la revendication 1, dans lequel, la source électrique étant de type alternatif :
- un unique disjoncteur (201) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à ladite source électrique.
3/ Système de protection électrique (101) selon la revendication 1, dans lequel, la source électrique étant de type haute-tension courant-continu :
- un disjoncteur (301) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une composante positive de ladite source électrique ; et
- un autre disjoncteur (301) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une composante négative de ladite source électrique.
4/ Système de protection électrique (101) selon la revendication 1, dans lequel, la source électrique étant de type alternatif polyphasé, un disjoncteur (401) à commande à distance est destiné à être placé, sur une dite première ligne électrique, pour chaque phase de ladite source électrique.
5/ Système de protection électrique (101) selon la revendication 4, dans lequel, la source électrique étant de type alternatif triphasé :
- un premier disjoncteur (401) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une première phase de ladite source électrique ;
- un second disjoncteur (401) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite première ligne électrique connectée à une seconde phase de ladite source électrique ; et
- un troisième disjoncteur (401) à commande à distance est destiné à être placé sur une dite ligne première électrique connectée à la troisième phase de ladite source électrique.
6/ Système de protection électrique (101) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les disjoncteurs (301, 401) à commande à distance sont inclus dans un disjoncteur multipolaire et correspondent à des pôles distincts dudit disjoncteur multipolaire.
7/ Système de protection électrique (101) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les première et seconde courbes de déclenchement sont programmables.
8/ Aéronef (100) équipé d’au moins au moins une charge électrique (Ll, L2, L3) alimentée par une source électrique dans un réseau électrique de l’aéronef, l’aéronef étant en outre équipé d’un système de protection électrique (101) connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique (251, 351, 451) et à chaque charge électrique (Ll, L2, L3) via au moins une seconde ligne électrique (252, 352, 452), caractérisé en ce que le système de protection électrique (101) est selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9/ Procédé de protection électrique implémenté par un système de protection électrique (101) protégeant au moins une charge électrique (Ll, L2, L3) alimentée par une source électrique dans un réseau électrique d’aéronef (100), le système de protection électrique (101) étant connecté à la source électrique via au moins une première ligne électrique (251, 351, 451) et à chaque charge électrique (Ll, L2, L3) via au moins une seconde ligne électrique (252, 352, 452), chaque dite seconde ligne électrique (252, 352, 452) étant connectée en fonctionnement nominal dudit réseau électrique à une dite première ligne électrique (251, 351, 451) via le système de protection électrique (101) qui implémente :
-une protection principale (SW1, SW2, SW3, SW4, SW5, SW6), sur chaque seconde ligne électrique (252, 352, 452), basée sur une surveillance d’évolution du courant dans le temps par rapport à une première courbe de déclenchement prédéfinie (602) définissant un premier seuil de courant dans le temps ; et
- une protection complémentaire en charge de suppléer la protection principale ; caractérisé en ce que, le système de protection électrique comportant un disjoncteur (201, 301, 401) à commande à distance pour chaque première ligne électrique (251, 351, 451), la protection complémentaire effectue :
- une surveillance d’évolution du courant dans le temps, sur chaque seconde ligne électrique (252, 352, 452), par rapport à une seconde courbe de déclenchement prédéfinie (603) définissant un second seuil de courant dans le temps supérieur au premier seuil de courant ; et
- lorsque le courant dans une dite seconde ligne électrique dépasse la seconde courbe de déclenchement prédéfinie, une ouverture (705) à distance de chaque disjoncteur (201, 301, 401) à commande à distance.
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| EP2632009A2 (fr) * | 2012-02-21 | 2013-08-28 | Hamilton Sundstrand Corporation | Détection de défaillance d'une surtension d'autotest |
| EP3154143A1 (fr) * | 2015-10-07 | 2017-04-12 | GE Aviation Systems Limited | Système de protection de secours contre les surcharges pour contrôleur de puissance à sémi-conducteurs |
-
2017
- 2017-06-14 FR FR1755347A patent/FR3067869A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
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| EP2632009A2 (fr) * | 2012-02-21 | 2013-08-28 | Hamilton Sundstrand Corporation | Détection de défaillance d'une surtension d'autotest |
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