FR3122291A1 - Réseau électrique continu. - Google Patents

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Abstract

Réseau électrique continu. Le réseau électrique continu (10) est prévu pour alimenter en électricité une charge électrique (Z) par une source d’alimentation électrique (S). Un premier pôle (PSa) de la source d'alimentation électrique (S) est relié à des premières extrémités de deux premières lignes électriques (12, 14) dont des deuxièmes extrémités sont reliées entre elles, ainsi qu’à un premier pôle (PZa) de la charge électrique via deux étages (EZ1, EZ2) d’un contacteur (KZ). Un deuxième pôle (PSb) de la source d'alimentation électrique (S) est relié à des premières extrémités de deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) dont des deuxièmes extrémités sont reliées entre elles, ainsi qu’à un deuxième pôle (PZb) de la charge électrique (Z) via deux autres étages (EZ3, EZ4) du contacteur (KZ). Le réseau électrique comprend en outre une unité de traitement (Proc1) configurée pour commander l’ouverture du contacteur (KZ) si des mesures de courant correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques (12, 14) ou dans les deux deuxièmes lignes électriques (16, 18). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Réseau électrique continu.
L’invention est relative au domaine de la protection d’un réseau électrique continu contre des arcs électriques, en particulier dans un aéronef. Les aéronefs utilisent de plus en plus de systèmes électriques embarqués, ce qui entraîne des besoins de puissance électrique embarquée de plus en plus élevée. Pour cela, il existe une tendance à utiliser des niveaux de tension électrique de plus en plus élevés, en particulier en courant continu. Ainsi, certains aéronefs modernes comportent un réseau électrique continu haute tension, aussi appelé HVDC (« High Voltage Direct Current » en anglais). Un tel réseau électrique HVDC utilise par exemple des niveaux de tension électrique de +270V ou -270V. Or le risque d’apparition et de maintien d’arcs électriques dans un réseau électrique est d’autant plus élevé que les niveaux de tension électrique sont élevés et que ce réseau électrique est du type à courant continu. De tels arcs électriques pourraient entraîner des dégradations de l’aéronef. Pour éviter de telles dégradations, il existe un besoin de détecter le plus rapidement possible l’apparition d’arcs électriques dans le réseau électrique et d’arrêter ces arcs électriques avant qu’ils risquent d’entraîner de telles dégradations de l’aéronef.
La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne un réseau électrique continu prévu pour alimenter en électricité une charge électrique par une source d’alimentation électrique, le réseau électrique comprenant :
- ladite source d'alimentation électrique, comportant un premier pôle et un deuxième pôle ; et
- ladite charge électrique, comportant un premier pôle et un deuxième pôle.
Ce réseau électrique continu est remarquable en ce que :
- le premier pôle de la source d'alimentation électrique est relié à des premières extrémités de deux premières lignes électriques, par l’intermédiaire d’au moins un premier étage d’un premier contacteur ;
- des deuxièmes extrémités des deux premières lignes électriques sont reliées respectivement à un premier pôle d’un premier étage d’un deuxième contacteur et à un premier pôle d’un deuxième étage du deuxième contacteur ;
- des deuxièmes pôles du premier étage et du deuxième étage du deuxième contacteur sont reliés entre eux, ainsi qu’au premier pôle de la charge électrique ;
- le deuxième pôle de la source d'alimentation électrique est relié à des premières extrémités de deux deuxièmes lignes électriques, par l’intermédiaire d’au moins un deuxième étage du premier contacteur ;
- des deuxièmes extrémités des deux deuxièmes lignes électriques sont reliées respectivement à un premier pôle d’un troisième étage du deuxième contacteur et à un premier pôle d’un quatrième étage du deuxième contacteur ;
- des deuxièmes pôles du troisième étage et du quatrième étage du deuxième contacteur sont reliés entre eux, ainsi qu’au deuxième pôle de la charge électrique ; et
- un capteur de courant est associé à chacune des deux premières lignes électriques ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques,
et en ce que le réseau électrique comprend en outre une première unité de traitement configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques ;
- déterminer si les mesures de courant issues desdits deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques ou dans les deux deuxièmes lignes électriques ; et
- commander l’ouverture du deuxième contacteur si les mesures de courant issues des deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques ou dans les deux deuxièmes lignes électriques.
Ainsi, les liaisons électriques entre la source d’alimentation électrique et la charge électrique sont doublées grâce à l’utilisation des deux premières lignes électriques d’une part et des deux deuxièmes lignes électriques d’autre part. Dans un tel réseau électrique, l’apparition d’un arc électrique dit symétrique correspondrait à l’apparition d’un arc électrique entre l’une des deux premières lignes électriques et l’une des deux deuxièmes lignes électriques, suite à un endommagement des lignes électriques considérées. De façon similaire, l’apparition d’un arc électrique dit asymétrique correspondrait à l’apparition d’un arc électrique entre l’une des deux premières lignes électriques et une structure environnante ou entre l’une des deux deuxièmes lignes électriques et la structure environnante, suite à un endommagement de la ligne électrique considérée. Lorsque le réseau électrique est embarqué à bord d’un aéronef, la structure environnante correspond par exemple à un élément structurel de l’aéronef tel qu’un cadre ou un panneau de fuselage. Un endommagement simultané des deux premières lignes électriques ou des deux deuxièmes lignes électriques est considéré suffisamment peu probable pour ne pas être pris en considération dans le cadre de l’invention. Ainsi, lorsqu’un arc électrique apparaît entre l’une des deux premières lignes électriques et une structure environnante ou entre l’une des deux deuxièmes lignes électriques et la structure environnante, l’autre parmi les deux premières lignes électriques ou les deux deuxièmes lignes électriques est considérée non endommagée. Aussi bien dans le cas d’un arc électrique symétrique que d’un arc électrique asymétrique, un courant électrique circule dans un premier sens (par exemple de la source électrique vers la charge électrique) dans la ligne électrique non endommagée. Un courant électrique circule également dans le premier sens entre la première extrémité de la ligne électrique endommagée et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique (correspondant à l’emplacement de l’arc électrique). Etant donné que d’une part les deuxièmes extrémités de la ligne électrique non endommagée et de la ligne électrique endommagée sont reliées entre elles via les deuxièmes pôles du deuxième contacteur et que d’autre part l’arc électrique correspond à une impédance plus faible que l’impédance de la charge électrique, un courant circule en sens opposé au premier sens dans la ligne électrique endommagée, entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique (correspondant à l’emplacement de l’arc électrique). La première unité de traitement détecte alors que les courants circulent en sens opposés dans les deux lignes électriques et par conséquent elle commande l’ouverture du deuxième contacteur. Cela a pour effet d’arrêter la circulation des courants électriques dans la ligne électrique non endommagée, ainsi que dans la partie de la ligne électrique endommagée comprise entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement, ce qui permet de réduire le courant de l’arc électrique.
Dans un mode de réalisation, lesdits deux capteurs de courant correspondent à des deuxièmes capteurs de courant installés à proximité des deuxièmes extrémités des deux premières lignes électriques ou des deux deuxièmes lignes électriques.
De façon particulière, un deuxième capteur de courant est associé à chacune des deux premières lignes électriques ainsi qu’à chacune des deux deuxièmes lignes électriques et la première unité de traitement est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux deuxièmes capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques ainsi que des mesures de courants issues des deux deuxièmes capteurs de courant associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques ;
- déterminer si les mesures de courant issues des deuxièmes capteurs de courant correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques ainsi que dans les deux deuxièmes lignes électriques ; et
- commander l’ouverture du deuxième contacteur si les mesures de courant issues des deuxièmes capteurs de courant correspondent à la circulation de courants de sens opposés à la fois dans les deux premières lignes électriques et dans les deux deuxièmes lignes électriques.
De façon avantageuse, un premier capteur de courant est associé à chacune des deux premières lignes électriques ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques, les premiers capteurs de courant étant installés à proximité des premières extrémités des deux premières lignes électriques ou des deux deuxièmes lignes électriques,
et le réseau électrique comporte en outre une deuxième unité de traitement configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques ;
- calculer un écart entre les mesures de courant issues desdits deux premiers capteurs de courant ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur si cet écart est supérieur à une valeur prédéterminée.
De façon avantageuse encore, un premier capteur de courant est associé à chacune des deux premières lignes électriques ainsi qu’à chacune des deux deuxièmes lignes électriques et la deuxième unité de traitement est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques ainsi que des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques ;
- calculer un premier écart entre les mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques et calculer un deuxième écart entre les mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur si le premier écart et le deuxième écart sont tous deux supérieurs à une valeur prédéterminée.
De façon particulière, la deuxième unité de traitement est en outre configurée pour :
- déterminer si au moins l’une des mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux premières lignes électriques et des mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques est supérieure à un seuil de courant prédéterminé ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur si l’une desdites mesures est supérieure à ce seuil de courant prédéterminé.
De façon particulière encore, la deuxième unité de traitement est en outre configurée pour :
- déterminer l’existence d’un différentiel de courant entre le premier pôle et le deuxième pôle de la source de courant, si au moins l’une des mesures de courant issues des premiers capteurs de courant associés à l’une des deux premières lignes électriques est supérieure d’au moins une valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des premiers capteurs de courant associés aux deux deuxièmes lignes électriques ou si au moins l’une des mesures de courant issues des premiers capteurs de courant associés à l’une des deux deuxièmes lignes électriques est supérieure d’au moins ladite valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des premiers capteurs de courant associés aux deux premières lignes électriques ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur si l’existence d’un différentiel de courant a été déterminée.
Dans un mode particulier de réalisation, la deuxième unité de traitement est en outre configurée pour :
- acquérir une mesure d’une tension électrique entre le premier pôle et le deuxième pôle de la source électrique ; et
- ne commander l’ouverture du premier contacteur que si ladite mesure de tension est inférieure à un seuil de tension prédéterminé.
L’invention est également relative à un réseau électrique comprenant au moins un premier sous-ensemble et un deuxième sous-ensemble correspondant chacun à un réseau électrique tel que précité, les deux premières lignes électriques du premier sous-ensemble étant reliées une à une aux deux premières lignes électriques du deuxième sous-ensemble et les deux deuxièmes lignes électriques du premier sous-ensemble étant reliées une à une aux deux deuxièmes lignes électriques du deuxième sous-ensemble.
L’invention est également relative à un aéronef comprenant un tel réseau électrique.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées.
La représente un aéronef comprenant un réseau électrique continu.
La illustre de façon schématique un réseau électrique continu conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La illustre les sens de circulation de courants électriques dans le réseau électrique de la , en l’absence d’arc électrique.
La illustre les sens de circulation de courants électriques dans le réseau électrique de la , en présence d’un arc électrique symétrique.
La illustre les sens de circulation de courants électriques dans le réseau électrique de la , en présence d’un arc électrique asymétrique.
La illustre de façon schématique un réseau électrique continu comprenant plusieurs sous-ensembles similaires au réseau électrique continu illustré sur la .
Le réseau électrique continu 10 représenté sur la comprend une source d’alimentation électrique S, ainsi qu’une charge électrique Z. La source d’alimentation électrique S comporte un premier pôle PSa et un deuxième pôle PSb. La charge électrique Z comporte un premier pôle PZa et un deuxième pôle PZb. Le réseau électrique comprend également un premier contacteur KS et un deuxième contacteur KZ. Le premier pôle PSa de la source d'alimentation électrique S est relié à des premières extrémités de deux premières lignes électriques 12 et 14, par l’intermédiaire de deux premiers étages ES1, ES2 du premier contacteur KS. Des deuxièmes extrémités des deux premières lignes électriques 12 et 14 sont reliées respectivement à un premier pôle d’un premier étage EZ1 du deuxième contacteur KZ et à un premier pôle d’un deuxième étage EZ2 du deuxième contacteur. Des deuxièmes pôles du premier étage EZ1 et du deuxième étage EZ2 du deuxième contacteur KZ sont reliés entre eux par une liaison Sa, ainsi qu’au premier pôle PZa de la charge électrique Z. Le deuxième pôle PSb de la source d'alimentation électrique S est relié à des premières extrémités de deux deuxièmes lignes électriques 16 et 18 par l’intermédiaire de deux deuxièmes étages ES3, ES4 du premier contacteur KS. Des deuxièmes extrémités des deux deuxièmes lignes électriques 16 et 18 sont reliées respectivement à un premier pôle d’un troisième étage EZ3 du deuxième contacteur KZ et à un premier pôle d’un quatrième étage EZ4 du deuxième contacteur. Des deuxièmes pôles du troisième étage EZ3 et du quatrième étage EZ4 du deuxième contacteur KZ sont reliés entre eux par une liaison Sb, ainsi qu’au deuxième pôle PZb de la charge électrique Z. Le réseau électrique comprend aussi un capteur de courant associé à chacune des deux premières lignes électriques 12, 14 ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 : deux capteurs de courant IZ2a, IZ1a associés respectivement aux deux premières lignes électriques 12, 14 ; deux capteurs de courant IZ1b, IZ2b associés respectivement aux deux deuxièmes lignes électriques 16, 18. Ces capteurs de courant sont de préférence installés à proximité des deuxièmes extrémités des lignes électriques considérées. Le réseau électrique 10 comprend en outre une première unité de traitement Proc1 reliée en entrée aux capteurs de courant IZ2a, IZ1a, IZ1b, IZ2b respectivement par des liaisons LZ1 … LZ4. L’unité de traitement Proc1 est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux capteurs de courant IZ2a, IZ1a ou IZ1b, IZ2b associés à chacune des deux premières lignes électriques 12, 14 ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques 16,18 ;
- déterminer si les mesures de courant issues desdits deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques 12, 14 ou dans les deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 ; et
- commander l’ouverture du deuxième contacteur KZ si les mesures de courant issues des deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques ou dans les deux deuxièmes lignes électriques.
Le réseau électrique continu 10 est par exemple un réseau électrique d’un aéronef tel que l’aéronef 1 représenté sur la .
En fonctionnement, lorsque les différents étages des contacteurs KS et KZ sont fermés, la charge électrique Z est alimentée électriquement par la source d’alimentation électrique S. Dans le cas particulier où le premier pôle PSa de la source d’alimentation électrique correspond à son pôle positif et où le deuxième pôle PSb de la source d’alimentation électrique correspond à son pôle négatif (ou zéro Volts), en l’absence d’arc électrique dans le réseau électrique 10, les courants dans les différentes lignes électriques sont tels qu’illustrés par les différentes flèches sur la . En particulier, les courants dans les deux premières lignes électriques circulent dans un même sens (illustré par les flèches de la gauche vers la droite sur la figure) et les courants dans les deux deuxièmes lignes électriques circulent également dans un même sens (illustré par les flèches de la droite vers la gauche sur la figure).
Lorsqu’un arc symétrique 20 se produit, par exemple entre les lignes électriques 14 et 16 comme illustré sur la , du fait d’un endommagement desdites lignes électriques, un courant électrique Iarc circule entre ces deux lignes électriques 14 et 16. Etant donné que l’impédance correspondant à cet arc électrique 20 est beaucoup plus faible que l’impédance correspondant à la charge électrique Z, une partie du courant issu de la ligne électrique 12 vient contribuer à ce courant Iarc, via les premier et deuxième étages EZ1, EZ2 du deuxième contacteur KZ, la liaison Sa, ainsi que la partie de la ligne électrique 14 située entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 14 correspondant à l’arc électrique parallèle. Ainsi, le courant électrique dans la ligne électrique 12, mesuré par le capteur IZ2a, circule dans un premier sens (illustré par la flèche de la gauche vers la droite sur la figure) et le courant électrique dans la partie de la ligne électrique 14 située entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 14, mesuré par le capteur IZ1a, circule dans un deuxième sens opposé au premier sens (illustré par la flèche de la droite vers la gauche sur la figure). Un courant électrique circulant dans le premier sens (illustré par la flèche de la gauche vers la droite sur la figure) entre la première extrémité de la ligne électrique 14 et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 14 vient aussi contribuer au courant Iarc.
De façon similaire, une partie du courant circulant dans la ligne électrique 18 provient du courant Iarc, via les troisième et quatrième étages EZ3, EZ4 du deuxième contacteur KZ, la liaison Sb, ainsi que la partie de la ligne électrique 16 située entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 16 correspondant à l’arc électrique parallèle 20. Ainsi, le courant électrique dans la ligne électrique 18, mesuré par le capteur IZ2b, circule dans un premier sens (illustré par la flèche de la droite vers la gauche sur la figure) et le courant électrique dans la partie de la ligne électrique 16 située entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 16, mesuré par le capteur IZ1b, circule dans un deuxième sens opposé au premier sens (illustré par la flèche de la gauche vers la droite sur la figure). Un courant électrique circulant dans le premier sens (illustré par la flèche de la droite vers la gauche sur la figure) entre la première extrémité de la ligne électrique 16 et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 16 provient aussi du courant Iarc.
Etant donné que les mesures de courant issues des deux capteurs de courant IZ2a et IZ1a correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques 12 et 14, l’unité de traitement Proc1 commande l’ouverture du deuxième contacteur KZ. De même, étant donné que les mesures de courant issues des deux capteurs de courant IZ2b et IZ1b correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux deuxièmes lignes électriques 16 et 18, l’unité de traitement Proc1 commande l’ouverture du deuxième contacteur KZ.
Dans un mode de réalisation spécifique à la détection d’un arc symétrique, l’unité de traitement Proc1 est configurée de façon à commander l’ouverture du deuxième contacteur KZ si les mesures de courant issues des capteurs de courant IZ2a, IZ1a d’une part et IZ2b, IZ1b d’autre part, correspondent à la circulation de courants de sens opposés à la fois dans les deux premières lignes électriques 12, 14 et dans les deux deuxièmes lignes électriques 16, 18. Cela permet d’éviter de déclencher l’ouverture du deuxième contacteur KZ dans l’hypothèse d’une défaillance de l’un desdits capteurs, ce qui rend ainsi le réseau électrique 10 robuste à la défaillance d’un capteur de courant.
L’ouverture du deuxième contacteur KZ a pour effet d’arrêter la circulation des courants électriques dans la première ligne électrique 12, dans la liaison Sa entre les deuxièmes pôles des premier et deuxième étages EZ1, EZ2 du deuxième contacteur KZ, ainsi que dans la partie de la première ligne électrique 14 comprise entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 14. L’ouverture du deuxième contacteur KZ a également pour effet d’arrêter la circulation des courants électriques dans la deuxième ligne électrique 18, dans la liaison Sb entre les deuxièmes pôles des troisième et quatrième étages EZ3, EZ4 du deuxième contacteur KZ, ainsi que dans la partie de la deuxième ligne électrique 16 comprise entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 16. Par conséquent, il en résulte un arrêt de la contribution desdits courants au courant d’arc électrique Iarc et donc une diminution sensible du courant Iarc.
Lorsqu’un arc asymétrique 20 se produit, par exemple entre la ligne électrique 14 et un élément de structure comme illustré sur la , du fait d’un endommagement de ladite ligne électrique 14, un courant électrique Iarc circule entre la ligne électrique 14 et l’élément de structure. Pour les raisons déjà exposées dans le cas d’un arc symétrique, les courants électriques dans les deux premières lignes électriques 12 et 14, ainsi que dans la liaison Sa, circulent dans les mêmes sens que dans le cas d’un arc symétrique. Toutefois, les courants dans les deux deuxièmes lignes 16 et 18, ainsi que dans la liaison Sb, ne sont pas perturbés. Ainsi, comme dans le cas d’un arc électrique symétrique, étant donné que les mesures de courant issues des deux capteurs de courant IZ2a et IZ1a correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques 12 et 14, l’unité de traitement Proc1 commande l’ouverture du deuxième contacteur KZ. L’ouverture du deuxième contacteur KZ a pour effet d’arrêter la circulation des courants électriques dans la première ligne électrique 12, dans la liaison Sa entre les deuxièmes pôles des premier et deuxième étages EZ1, EZ2 du deuxième contacteur KZ, ainsi que dans la partie de la première ligne électrique 14 comprise entre sa deuxième extrémité et l’emplacement de l’endommagement de ladite ligne électrique 14. Par conséquent, il en résulte un arrêt de la contribution desdits courants au courant d’arc électrique Iarc et donc une diminution sensible du courant Iarc.
Dans un mode particulier de réalisation, le réseau électrique comprend en outre un capteur de courant associé à chacune des deux premières lignes électriques 12, 14 ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques 16, 18, ces capteurs de courant étant installés à proximité des premières extrémités des lignes électriques considérées : deux capteurs de courant IS2a, IS1a associés respectivement aux deux premières lignes électriques 12, 14 ; deux capteurs de courant IS1b, IS2b associés respectivement aux deux deuxièmes lignes électriques 16, 18. Le réseau électrique 10 comprend en outre une deuxième unité de traitement Proc2 reliée en entrée aux capteurs de courant IS2a, IS1a, IS1b, IS2b respectivement par des liaisons LS1 … LS4. L’unité de traitement Proc2 est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux capteurs de courant IS2a, IS1a ou IS1b, IS2b associés à chacune des deux premières lignes électriques 12, 14 ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques 16,18 ;
- calculer un écart entre les mesures de courant issues desdits deux capteurs de courant IS2a, IS1a ou IS1b, IS2b ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur KS si cet écart est supérieur à une valeur prédéterminée.
En fonctionnement normal, lorsque la charge électrique Z est alimentée électriquement par la source d’alimentation électrique S comme illustré sur la , les courants électriques dans les deux premières lignes électriques 12 et 14 sont de même sens. Dans la mesure où les impédances des deux premières lignes électriques sont similaires, les courants dans les deux premières lignes électriques 12 et 14 sont similaires. Par conséquent, l’écart entre les mesures de courant issues des deux capteurs de courant IS2a et IS1a est sensiblement nul, donc inférieur à ladite valeur prédéterminée.
Dans l’hypothèse de la survenance d’un arc électrique symétrique comme illustré sur la ou d’un arc électrique asymétrique comme illustré sur la , après la commande par la première unité de traitement Proc1 de l’ouverture du deuxième contacteur KZ, le courant électrique mesuré par la capteur de courant IS2a dans la première liaison électrique 12 est nul. Par contre, un courant électrique non nul continue à circuler dans la liaison électrique 14, entre sa première extrémité et l’emplacement de l’endommagement correspondant à l’arc électrique. Ce courant électrique est mesuré par le capteur IS1a. Par conséquent, l’écart entre les mesures de courants issues des capteurs IS1a et IS2a est non nul et correspond au courant circulant dans la liaison électrique 14 entre sa première extrémité et l’emplacement de l’endommagement. Ladite valeur prédéterminée est choisie inférieure à la valeur de ce courant. Par conséquent, la deuxième unité de traitement Proc2 commande l’ouverture du premier contacteur KS. Il en résulte l’arrêt de tout courant dans l’arc électrique et par conséquent la protection du réseau électrique et de son environnement.
Dans le cas de la survenance d’un arc électrique symétrique, de façon similaire le courant dans la deuxième ligne électrique 18 est nul et un courant électrique non nul continue à circuler dans la liaison électrique 16, entre sa première extrémité et l’emplacement de l’endommagement correspondant à l’arc électrique. Par conséquent, l’écart entre les mesures de courants issues des capteurs IS1b et IS2b est non nul et correspond au courant circulant dans la liaison électrique 16 entre sa première extrémité et l’emplacement de l’endommagement. L’écart est donc supérieur à ladite valeur prédéterminée.
Dans un mode de réalisation spécifique à la détection d’un arc symétrique, l’unité de traitement Proc2 est configurée de façon à commander l’ouverture du premier contacteur KS si d’une part l’écart entre les mesures de courant issues des capteurs de courant IS2a et IS1a est supérieur à ladite valeur prédéterminée et si d’autre part l’écart entre les mesures de courant issues des capteurs IS2b et IS1b est supérieur à ladite valeur prédéterminée. Cela permet d’éviter de déclencher l’ouverture du deuxième contacteur KZ dans l’hypothèse d’une défaillance de l’un desdits capteurs, ce qui rend ainsi le réseau électrique 10 robuste à la défaillance d’un capteur de courant.
Dans un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement Proc2 est en outre configurée pour :
- déterminer si au moins l’une des mesures de courant issues des deux capteurs de courant IS2a, IS1a associés à chacune des deux premières lignes électriques 12, 14 et des mesures de courant issues des deux capteurs de courant IS1b, IS2b associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 est supérieure à un seuil de courant prédéterminé ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur KS si l’une desdites mesures est supérieure à ce seuil de courant prédéterminé.
Le seuil de courant prédéterminé est choisi de façon à être suffisamment supérieur à la valeur d’un courant circulant dans la ligne électrique considérée en fonctionnement normal (absence d’arc électrique) tout en permettant de détecter une surintensité sur cette ligne électrique du fait d’un arc électrique symétrique ou asymétrique. Par conséquent, la deuxième unité de traitement Proc2 commande l’ouverture du premier contacteur KS lors d’une surintensité dans l’une des lignes électriques 12, 14, 16 ou 18 résultant d’un arc électrique, ce qui permet d’arrêter cet arc électrique.
Dans un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est en outre configurée pour :
- déterminer l’existence d’un différentiel de courant entre le premier pôle et le deuxième pôle de la source de courant, si au moins l’une des mesures de courant issues des capteurs de courant IS2a, IS1a associés à l’une des deux premières lignes électriques 12, 14 est supérieure d’au moins une valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des capteurs de courant IS1b, IS2b associés aux deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 ou si au moins l’une des mesures de courant issues des capteurs de courant IS1b, IS2b associés à l’une des deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 est supérieure d’au moins ladite valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des capteurs de courant IS2a, IS1a associés aux deux premières lignes électriques 12, 14 ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur KS si l’existence d’un différentiel de courant a été déterminée.
Cela permet de détecter un arc asymétrique sans attendre la commande de l’ouverture du deuxième contacteur KZ par la première unité de traitement Proc1 et d’arrêter cet arc asymétrique grâce à l’ouverture du premier contacteur KS. Ainsi, dans l’exemple illustré sur la , du fait de la survenance de l’arc électrique 20, au moins l’un des courants dans les lignes électriques 12 et 14, mesurés respectivement par les capteurs IS2a et IS1a, est supérieur aux courants dans les lignes électriques 16 et 18, mesurés respectivement par les capteurs IS1b et IS2b. La valeur de courant prédéterminée est choisie suffisamment petite pour permettre la détection du différentiel de courant lors d’un arc asymétrique et suffisamment élevée pour éviter de détecter des différentiels de courant qui ne résulteraient pas d’un tel arc électrique.
Dans un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement Proc2 est en outre configurée pour :
- acquérir une mesure d’une tension électrique entre le premier pôle PSa et le deuxième pôle PSb de la source électrique S ; et
- ne commander l’ouverture du premier contacteur KS que si ladite mesure de tension est inférieure à un seuil de tension prédéterminé.
La survenance d’un arc électrique induit généralement une augmentation de l’intensité d’au moins un courant dans au moins l’une des premières ou deuxièmes lignes électriques 12, 14, 16, 18. Du fait de la résistance interne de la source électrique S, il en résulte une diminution de la tension électrique entre les pôles PSa et PSb de la source électrique S. Le seuil de tension prédéterminé est choisi de façon à être compris entre d’une part la tension électrique nominale entre les pôles PSa et PSb en l’absence d’arc électrique et d’autre part la tension électrique entre ces deux pôles lors de la survenance d’un arc électrique. Le fait de ne commander l’ouverture du premier contacteur KS que si la mesure de tension entre les pôles PSa et PSb est inférieure au seuil prédéterminé permet de ne commander l’ouverture du premier contacteur KS que si la survenance d’un arc électrique est détectée à la fois par au moins un capteur de courant et par une diminution de la tension entre les pôles PSa et PSb. Cela évite de commander l’ouverture du premier contacteur KS, et donc d’arrêter l’alimentation de la charge électrique Z, en cas de défaillance d’un capteur de courant. Il en résulte donc une amélioration de la robustesse du réseau électrique 10.
Selon une première alternative, dans les différents modes de réalisation, la première unité de traitement Proc1 et la deuxième unité de traitement Proc2 sont indépendantes. Cela permet une complète indépendance des protections du réseau électrique 10 contre les arcs électriques, d’une part du côté de la charge électrique Z (au moyen de la première unité de traitement Proc1 et du deuxième contacteur KZ) et d’autre part du côté de la source d’alimentation électrique S (au moyen de la deuxième unité de traitement Proc2 et du premier contacteur KS). Dans un exemple particulier d’intégration, le premier contacteur KS, la deuxième unité de traitement Proc2, ainsi que les capteurs IS2a, IS1a, IS1b, IS2b sont intégrés ensemble dans un même boîtier, formant ainsi un dispositif de protection amont. Ce dispositif de protection amont est relié d’une part aux deux pôles PSa et PSb de la source d’alimentation électrique S et d’autre part aux deux premières lignes électriques 12, 14 et aux deux deuxièmes lignes électriques 16, 18. De même, le deuxième contacteur KZ, la première unité de traitement Proc1, ainsi que les capteurs IZ2a, IZ1a, IZ1b, IZ2b sont intégrés ensemble dans un même boîtier, formant ainsi un dispositif de protection aval. Ce dispositif de protection aval est relié d’une part aux deux pôles PZa et PZb de la charge électrique Z et d’autre part aux deux premières lignes électriques 12, 14 et aux deux deuxièmes lignes électriques 16, 18.
Selon une deuxième alternative, dans les différents modes de réalisation, la première unité de traitement Proc1 et la deuxième unité de traitement Proc2 correspondent à une seule et même unité de traitement. Cette unité de traitement assure alors une gestion centralisée de la protection du réseau électrique 10 contre les arcs électriques.
Dans les différents modes de réalisation précités, la description est relative à une seule charge électrique Z alimentée par la source d’alimentation électrique S. Ceci n’est bien évidemment pas limitatif de l’invention, laquelle s’applique aussi au cas de plusieurs charges électriques alimentées par la même source d’alimentation électrique S. Chaque charge électrique est alors reliée à la source d’alimentation électrique S de la même façon que dans les différents modes de réalisation précités, c’est-à-dire via un premier contacteur (côté source d’alimentation électrique), deux premières lignes électriques et deux deuxièmes lignes électriques, ainsi qu’un deuxième contacteur (côté charge électrique).
Par ailleurs, le réseau électrique 10 est intrinsèquement protégé contre les arcs électriques série. En effet, un arc électrique série ne peut se produire sur une ligne électrique que si la tension entre deux extrémités opposées de la ligne électrique est supérieure à un seuil de tension prédéterminé, d’environ 20 Volts. Or, les lignes électriques du réseau électrique 10 sont doublées et reliées entre elles (via des étages des contacteurs) à leurs extrémités respectives : deux premières lignes électriques 12, 14 d’une part et deux deuxièmes lignes électriques 16, 18 d’autre part. Par conséquent, en cas d’endommagement d’une ligne électrique (par exemple la ligne 12), l’autre ligne non endommagée (la ligne 14 dans le cas de l’exemple) reliée à ses extrémités a pour effet de court-circuiter la ligne endommagée (la ligne 12 dans le cas de l’exemple) et donc d’empêcher la tension électrique entre ses extrémités opposées de dépasser le seuil de tension prédéterminé d’environ 20 Volts. Par conséquent, un arc électrique série ne peut pas apparaitre au niveau de l’endommagement de la ligne électrique considérée.
Dans un mode particulier de réalisation illustré sur la , un réseau électrique 110 comprend au moins deux sous-ensembles 101, 102 similaires chacun au réseau électrique 10 décrit précédemment. Le premier sous-ensemble 101 comprend une source d’alimentation électrique S1 reliée à une charge électrique Z1 au moyen de deux premières lignes électriques 121, 141 et de deux deuxièmes lignes électriques 161, 181. Il comprend aussi un premier contacteur KS1 et un deuxième contacteur KZ1. Le deuxième sous-ensemble 102 comprend une source d’alimentation électrique S2 reliée à une charge électrique Z2 au moyen de deux premières lignes électriques 122, 142 et de deux deuxièmes lignes électriques 162, 182. Il comprend aussi un premier contacteur KS2 et un deuxième contacteur KZ2. Afin de préserver la lisibilité de la figure, les unités de traitement commandant les différents contacteurs ne sont pas représentées.
Les deux premières lignes électriques 121, 141 du premier sous-ensemble 101 sont reliées une à une aux deux premières lignes électriques 122, 142 du deuxième sous-ensemble 102 par des liaisons respectives L2, L4 et les deux deuxièmes lignes électriques 161, 181 du premier sous-ensemble 101 sont reliées une à une aux deux deuxièmes lignes électriques 162, 182 du deuxième sous-ensemble 102 par des liaisons respectives L6, L8. Cela permet de mettre en commun les deux sources d’alimentation électrique S1, S2 pour l’alimentation électrique des charges Z1 et Z2. De préférence, l’une des sources d’alimentation électrique est pilotée en courant et l’autre est pilotée en tension, de façon à permettre leur interconnexion.
Le fonctionnement de la protection contre les arcs électriques est similaire à celui décrit précédemment dans le cas du réseau électrique 10. En effet, la détection des arcs électriques ainsi que la protection du réseau électrique par ouverture des contacteurs appropriés, sont mises en œuvre localement à proximité des charges électriques Z1, Z2 ou des sources d’alimentation électrique S1, S2, ce qui rend cette détection et cette protection indépendantes de la topologie globale du réseau électrique, qu’il y ait des interconnexions ou pas entre les différentes lignes électriques.
Lorsque le réseau électrique 110 est un réseau électrique embarqué à bord d’un aéronef, les sources d’alimentation électrique S1 et S2 sont par exemple reliées chacune à des générateurs électriques distincts. Ces générateurs électriques sont par exemple entraînés par des moteurs de l’aéronef.

Claims (10)

1) Réseau électrique continu (1) prévu pour alimenter en électricité une charge électrique (Z) par une source d’alimentation électrique (S), le réseau électrique comprenant :
- ladite source d'alimentation électrique (S), comportant un premier pôle (PSa) et un deuxième pôle (PSb) ; et
- ladite charge électrique (Z), comportant un premier pôle (PZa) et un deuxième pôle (PZb) ;
caractérisé en ce que :
- le premier pôle (PSa) de la source d'alimentation électrique est relié à des premières extrémités de deux premières lignes électriques (12, 14), par l’intermédiaire d’au moins un premier étage (ES1, ES2) d’un premier contacteur (KS) ;
- des deuxièmes extrémités des deux premières lignes électriques (12, 14) sont reliées respectivement à un premier pôle d’un premier étage (EZ1) d’un deuxième contacteur (KZ) et à un premier pôle d’un deuxième étage (EZ2) du deuxième contacteur (KZ) ;
- des deuxièmes pôles du premier étage (EZ1) et du deuxième étage (EZ2) du deuxième contacteur (KZ) sont reliés entre eux, ainsi qu’au premier pôle (PZa) de la charge électrique ;
- le deuxième pôle (PSb) de la source d'alimentation électrique (S) est relié à des premières extrémités de deux deuxièmes lignes électriques (16, 18), par l’intermédiaire d’au moins un deuxième étage (ES3, ES4) du premier contacteur (KS) ;
- des deuxièmes extrémités des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) sont reliées respectivement à un premier pôle d’un troisième étage (EZ3) du deuxième contacteur (KZ) et à un premier pôle d’un quatrième étage (EZ4) du deuxième contacteur (KZ) ;
- des deuxièmes pôles du troisième étage (EZ3) et du quatrième étage (EZ4) du deuxième contacteur (KZ) sont reliés entre eux, ainsi qu’au deuxième pôle (PZb) de la charge électrique (Z) ; et
- un capteur de courant (IZ2a, IZ1a, IZ1b, IZ2b) est associé à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18),
et en ce que le réseau électrique comprend en outre une première unité de traitement (Proc1) configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux capteurs de courant (IZ2a, IZ1a ou IZ1b, IZ2b) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ;
- déterminer si les mesures de courant issues desdits deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques (12, 14) ou dans les deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ; et
- commander l’ouverture du deuxième contacteur (KZ) si les mesures de courant issues des deux capteurs correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques ou dans les deux deuxièmes lignes électriques.
2) Réseau électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits deux capteurs de courant (IZ2a, IZ1a ou IZ1b, IZ2b) correspondent à des deuxièmes capteurs de courant installés à proximité des deuxièmes extrémités des deux premières lignes électriques (12, 14) ou des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18).
3) Réseau électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’un deuxième capteur de courant est associé à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ainsi qu’à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) et la première unité de traitement (Proc1) est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux deuxièmes capteurs de courant (IZ2a, IZ1a) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ainsi que des mesures de courants issues des deux deuxièmes capteurs de courant (IZ1b, IZ2b) associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ;
- déterminer si les mesures de courant issues des deuxièmes capteurs de courant (IZ2a, IZ1a, IZ1b, IZ2b) correspondent à la circulation de courants de sens opposés dans les deux premières lignes électriques (12, 14) ainsi que dans les deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ; et
- commander l’ouverture du deuxième contacteur (KZ) si les mesures de courant issues des deuxièmes capteurs de courant correspondent à la circulation de courants de sens opposés à la fois dans les deux premières lignes électriques et dans les deux deuxièmes lignes électriques.
4) Réseau électrique selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu’un premier capteur de courant (IS2a, IS1a, IS1b, IS2b) est associé à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18), les premiers capteurs de courant étant installés à proximité des premières extrémités des deux premières lignes électriques ou des deux deuxièmes lignes électriques,
et en ce que le réseau électrique comporte en outre une deuxième unité de traitement (Proc2) configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a ou IS1b, IS2b) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ou à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ;
- calculer un écart entre les mesures de courant issues desdits deux premiers capteurs de courant ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur (KS) si cet écart est supérieur à une valeur prédéterminée.
5) Réseau électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’un premier capteur de courant (IS2a, IS1a, IS1b, IS2b) est associé à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ainsi qu’à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) et la deuxième unité de traitement (Proc2) est configurée pour :
- acquérir des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) ainsi que des mesures de courants issues des deux premiers capteurs de courant (IS1b, IS2b) associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ;
- calculer un premier écart entre les mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) et calculer un deuxième écart entre les mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant (IS1b, IS2b) associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur si le premier écart et le deuxième écart sont tous deux supérieurs à une valeur prédéterminée.
6) Réseau électrique selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la deuxième unité de traitement (Proc2) est en outre configurée pour :
- déterminer si au moins l’une des mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a) associés à chacune des deux premières lignes électriques (12, 14) et des mesures de courant issues des deux premiers capteurs de courant (IS1b, IS2b) associés à chacune des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) est supérieure à un seuil de courant prédéterminé ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur (KS) si l’une desdites mesures est supérieure à ce seuil de courant prédéterminé.
7) Réseau électrique selon l’une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la deuxième unité de traitement (Proc2) est en outre configurée pour :
- déterminer l’existence d’un différentiel de courant entre le premier pôle (PSa) et le deuxième pôle (PSb) de la source de courant (S), si au moins l’une des mesures de courant issues des premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a) associés à l’une des deux premières lignes électriques (12, 14) est supérieure d’au moins une valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des premiers capteurs de courant (IS1b, IS2b) associés aux deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) ou si au moins l’une des mesures de courant issues des premiers capteurs de courant (IS1b, IS2b) associés à l’une des deux deuxièmes lignes électriques (16, 18) est supérieure d’au moins ladite valeur de courant prédéterminée aux mesures de courant issues des premiers capteurs de courant (IS2a, IS1a) associés aux deux premières lignes électriques (12, 14) ; et
- commander l’ouverture du premier contacteur (KS) si l’existence d’un différentiel de courant a été déterminée.
8) Réseau électrique selon l’une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la deuxième unité de traitement (Proc2) est en outre configurée pour :
- acquérir une mesure d’une tension électrique entre le premier pôle (PSa) et le deuxième pôle (PSb) de la source électrique (S) ; et
- ne commander l’ouverture du premier contacteur (KS) que si ladite mesure de tension est inférieure à un seuil de tension prédéterminé.
9) Réseau électrique (110) comprenant au moins un premier sous-ensemble (101) et un deuxième sous-ensemble (102) correspondant chacun à un réseau électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux premières lignes électriques (121, 141) du premier sous-ensemble sont reliées une à une aux deux premières lignes électriques (122, 142) du deuxième sous-ensemble et les deux deuxièmes lignes électriques (161, 181) du premier sous-ensemble sont reliées une à une aux deux deuxièmes lignes électriques (162, 182) du deuxième sous-ensemble.
10) Aéronef (1), caractérisé en ce qu’il comprend un réseau électrique (10, 110) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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