Brevet FR2006691A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne un dispositif de protection contre les défauts à la. terre pour réseaux à courant continu, comportant des tensions auxiliaires et des diodes branchées en série et en opposition, ainsi que des relais répondant au courant 5 de défaut. Pour contrôler les défauts à la terre dans les réseaux électriques, on a recours à des tensions externes raccordées par une extrémité à la terre. Dans ce cas, un courant ne peut circuler que lorsqu'un second point est mis à la terre. Ceci se produit lors 10 d,un défaut à la terre. Lorsqu'un défaut à la terre se manifeste en un point quelconque dans le réseau considéré, il en résulte la fermeture du circuit et un courant peut traverser un relais. Ce dernier signale le contact à la terre ou déclenche un disjoncteur. Il est connu , dans les réseaux à courant coniinu, de 15 coupler des tensions alternatives, à un extrémité, par l'entremise des capacités, le circuit de courant alternatif étant mis à la terre par une de ses extrémités. Lorsqu'un défaut à la terre se produit dans le réseau de courant continu, il circule, à partir de ce circuit de courant alternatif, à traverd la capacité, un 20 courant qui fait fonctionner un relais. Toutefois, ce dispositif présente l'inconvénient que l'on risque de voir des courants circuler aussi lorsque le réseau de courant continu possède une grande capacité vis-à&vis de la terre. Par conséquent, on doit ajuster la valeur de réponse du relais de 25 protection contre les défauts à la terre à un niveau aussi élevé que ce relais ne puisse fonctionner sous l'effet de ces courants de charge. Ceci diminue la sensibilité du dispositif de protection. En outre, on risque des déclenchements incorrects sous l'effet d'harmoniques. Dans les réseaux à courant continu alimentés par ,30 des redresseurs, se manifestent toujours des harmoniques plus ou moins prononcés. Le circuit de ceuxs-ci se ferme également à travers le condensateur de couplage et les capacités du réseau, de sorte que des déclenchements incorrects risquent de se produire. Le condensateur présentent en outre l'inconvénient de 35 former des circuits résonnants avec les inductances du réseau à courant continu, circuits qui risquent de porter à une valeur intolérable les harmoniques, ainsi que la tension alternative auxiliaire. Il est en outre connu de raccorder des tensions continues 69 12548 2 2006691 auxiliaires, à travers des condensateurs, au réseau à protéger, et d'utiliser aux fins de signalisation du défaut à la terre ou de déclenchement le courant d'harmoniques accru par un défaut à la terre. Ce système est appliqué en particulier dans les réseaux 5 à courant oontinu et à courant alternatif,, couplés galvaniquement. Pour assurer la protection de réseaux à courant alternatif, il est connu , en vue de contrôler les défauts à la terre, d'avoir recours à des diodes branchées en série et en opposition et dont le point milieu est relié à la terre à travers 10) un instrument de mesure ou un relais. Cette solution n'exige aucune tension auxiliaire. Ce dispositif réagit à l'élévation du courant de pertes, de sorte qu'il sert à la surveillance du reseau (brevet allemand n° 971.635). Ce système n'est toutefois prévu que pour les reseaux à courant alternatif. 1 5 ' Pour éliminer les inconvénients ci-dessus concernant la protection des réseaux à courant continu contre les défauts à la terre, la présente invention suggère une solution caractérisée en ce que la tension auxiliaire est une tension continue obtenue à partir d'une tension alternative au moyen de redresseurs ; en ce 20 que le/couplage de la tension auxiliaire redressée s'effectue par 3i'entremise de diodes branchées en opposition ; et en ce que le relais est raccordé à la tension alternative à travers un transformateur auxiliaire. Deux exemples d'application de l'invention sont 25 représentés sur les figures 1 et 2. Sur la figure 1, le réseau de courant continu est • désigné par 1. Sa charge est constituée par le dispositif d'utilisation La tension alternative auxiliaire est. désignée par 3. Elle est appliquée par l'intermédiaire du transformateur: 4 au 30 circuit de protection, lequel se compose d'un transformateu^feuxi-la&re 5, qui consiste ici en un transformateur d'intensité, et d'un pont redresseur 6. Ce dernier est raccordé-, côté courant continu, à travers la résistance 7, au point de jonction de diodes 8 et 9, branchées en série et en opposition. Ces dernières peuvent 35 être des diodes à avalanche et constituer ainsi également une protection à maxima de tension. Un relais 10 est branché sur le transformateur auxiliaire £>. Ce relais peut être raccordé directement, en tant que relais à courant alternatif, ou bien par l'intermédiaire du pont redresseur 11, en tant que relais polarisé 12548 3 2006691 à courant continu. On prévoit en outre un circuit de comparaison raccordé directement au transformateur 4, et comprenant la résistance réglable 12 et un autre pont redresseur. Le pont redresseur 13 est d'un sens opposé à celui d'à pont redresseur 11, de sorte que les courants qui se manifestent agissent l'un à 1'encontre de l'autre. Ce dispositif fonctionne comme suit : lorsque le réseau à courant continu ne comporte pas de défaut à la terre, le circuit de protection n'est pas fermé, de sorte qu'aucun courant ne puisse circuler dans le transformateur auxiliaire 5. Il ne subsiste qu'une charge auxiliaire 14, qui sert de charge de base pour le pont redresseur 6, et fait en sorte que les redresseurs fonctionnent immédiatement à l'apparition d'un courant Aucun courant auxiliaire ne circule dans le réseau à.courant continu 1, étant donné que ce réseau ne comporte pas une connexion de terre. Toutefois, lorsqu'un défaut à la terre apparaît au dispositif d'utilisation ou en un autre endroit du réseau à courant continu, le circuit de protection se ferme. Un courant partant du transformateur 4 traverse le pont redresseur 6, la résistance 7, les diodes 8 et 9» pour aboutir au réseau à courant continu, et se dirige de là vers le point du défaut à la terre, avec retour , par la terre , au pont redresseur 6, puis par le transformateur auxiliaire 5, au transformateur 4 et donc à la source de courant alternatif 3. Le courant qui circule dans le transformateur 5 fait apparaître un courant dans le relais 10, lequel fonctionne à ce moment. Le circuit de comparaison 12, 13, sert à augmenter la précision de réponse du relais 10 et à permettre le réglage de la valeur de réponse. Le courant qui circule dans le circuit comparateur agit à 1'encontre du déclenchement, et se comporte donc comme un ressort antagoniste. Le relais ne produit le déclenchement que lorsque le courant provoquant le réponse l'emporte sur le courant opposé. Le courant opposé peut être réglé au moyen de la résistance 12. Ce dispositif permet également de contrôler les courants de fuite du réseau de courant continu car, dans ce cas, il s'agit également d'une liaison à la terre, bien qu'affectée d'une résistance élevée. L'allure du courant est la même, si l'on suppose que la connexion de terre représentée est en série 69 12548 4 20 06 £"91 avec une résistance ohmique élevée (non représentée) . Une mesure précise du courant de fuite est toutefois impossible, parce que la tension même du réseau à courant continu engendre un courant supplémentaire, lequel se ferme également par le circuit de 5 protection et fausse la mesure. le circuit de ce courant s'établit comme suit : Barre omnibus positive, point du défaut à la terre avec résistance d'isolement, pont redresseur 6, résistance 7, diode 9, barre omnibus négative. Or, un courant partiel circule)*. 10 en plus, en parallèle avec le pont redresseur, à travers le transformateur auxiliaire 5 et l'enroulement secondaire du transformateur 4, avec retour au pont redresseur 6. Ce courant de défaut n'est égal à zéro que lorsque l'isolement est parfaitement symétrique, mais il augmente avec l'asymétrie des résistances 15 d'isolement, de sorte qu'il est impossible d'effectuer une mesure précise du courant de fuite. La mesure devient eneore moins précise lorsque la tension du réseau à courant continu est variable car, comme on le sait, le courant supplémentaire est fonction de la tension appliqué e.^, Par contre , ce courant de défaut est sans 20 importance en ce qui concerne le contrôle du système de protection proprement dit contre les défauts à la terre, de sorte qu'il permet d'obtenir une protection adéquate eontre les défauts à la terre, mais non une mesure de l'isolement. Les capacités du réseau à courant continu n'exercent 25 aucune influence sur le déclenchement, pas plus que les harmoniques et n'importe quels phénomènes de résonance. Ceci représente l'aveu tage du système suivant l'invention par rapport aux systèmes connus. La figure 2 représente un autre exemple, lequel offre en outre l'avantage de permettre aussi la mesure précise des 30 courants de fuite. Ici également, le réseau à courant continu est désigné par 1 et la- charge 2. Le courant alternatif auxiliaire 3 alimente le circuit de protection à travers le transformateur 4. Ce dernier circuit comprend le transformateur auxiliaire 5, qui est relié par les diodes 15 et I6*.et la résistance 7 aux diodes 35 de couplage 8 et 9. Ici également, ces dernières peuvent être des diodes à avalanche. On prévoit en outre deux résistances 17 et 18 dpnir le point milieu est mis à la terre et qui sont connectées à des condensateurs 19 et 20. Le relais 10 est pourvu de deux enroulements, dont l'un est intercalé dans le circuit de protection et 69 12548 5 2006691 dans le circuit de comparaison. Ce dispositif fonctionne comme suit : En service normal, c'est-à-dire, en l'absence d'un défaut à la terre, le circuit de protection est à nouveau ouvert, 5 seul le circuit de comparaison 12, 13, retient le relais 10 dans la position de repos. Toutefois, aucun courant ne circule dans l'enroulement de déclenchement du relais 10. Par contre, en cas de défaut à la terre, il s'établit le circuit suivant : Une tension alternative est engendrée aux bornes du 10 transformateur auxiliaire 5 ; pendant l'alternance positive de cette tension alternative, la diode 15 est traversée par un courant qui aboutit au réseau de courant continu 1, à travers la résistance et les diodes 8 et 9. De là, le courant se dirige en retour, par le point du défaut à la terre, vers le point milieu des résistances 15 17 et 18, et ensuite, par la résistance 17, au transformateur 5. Ceci produit simultanément la charge du condensateur 19, le pôle positif se trouvant dans ce cas du côté mis à la terre. Aucun courant ne peut circuler pendant l'alternance négative, car la diode 15 est alors bloquée. Or, le relais 10 est branché en parallèle 20 avec les réâstances 17 et 18. Il s'ensuit que le courant traversant la résistance 17 se divise et circule à travers le relais 10 et la rétstance 18. le relais répond lorsque ce courant est plus élevé que le courant contraire engendré, par la résistance 12, dans le second enroulement du relais 10. 25 Ce montage permet également de mesurer l'état d'iso lement du réseau à courant continu. En effet, ce montage est conçu de telle manière que la tension continue du réseau à courant continu ne puisse pas influencer le circuit de protection, de sorte que seule la composante de courant traversant le transformateur auxili-30 aire 5 peut circuler dans le ralais. Le courant de défaut à la terre qui se manifeste sous l'effet de la tension continue lors d'un défaut à la terre ne peut pas non plus traverser le relais 10. Ceci ressort des considérations ci-après : Partant du pôle positif du réseau à courant continu 1, un courant circule à travers le 35 point du défaut à la terre, vers le point milieu des résistances 17 et 18. Ce courant se divise à parts égales sur les deux résistaç. ces, et retourne au #Ôle négatif à travers les diodes 15 et 16., ainsi que la diode 9. Etani donné la division à parts égales dans les réÉatances, le relais 10 ne se voit appliquer aucune tension. 69 12548 e 2006691 la résistance supplémentaire 21 sert à compenser la résistance du côté secondaire du transformateur auxiliaire 5, de sorte qu'il existe une symétrie parfaite. Ces courants donnent également lieu à des charges égales dans les condensateurs 19 et 20, de sorte 5 qu'aucun courant ne peut se diriger non plus à travers ceux-ci vers le relais. Il s'ensuit qu'il ne circule dans le relais 10 que le courant engendré par la tension alternative 3 par l'intermédiaire du transformateur 5. Par suite, la résistance d'isolement peut aussi être mesurée, sans être influencée par la tension 10 dans le réseau de courant contenu, par le relais 10 (ou un instrument de mesure approprié), les condensateurs 19 et 20 servent essentiellement à permettre également le possage d'un courant dans le relais pendant l'alternance négative de la tension alternative , de sorte que le relais demeure attiré pen-15 dant la totalité de la période du courant alternatif. Il * résulte de ce qui précède que le second exemple offre, vis-à-vis du premier exemple, en plus des avantages déjà mentionnés, celui de permettre une mesure parfaite des résistances d'isolement. En outre, le courant du réseau à courant 20 continu est empêché d'atteindre le relais, même en cas de défaut à la terre. 69 12548 7 2006691 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection contre les défauts à la terre pour réseaux à courant continu , comportant des tensions auxiliaires et des diodes branchées en série et en opposition , ainsi que des relais répondant au courant de défaut , 5 caractérisé en ce que la tension auxiliaire est une tension continue obtenue à partir d'une tension alternative au moyen de redresseurs ; en ce que le couplage de la tension auxiliaire redressée s'effectue par l'intermédiaire de diodes branchées en opposition ; et en ce que le relais est raccordé à la ten — 10 sion alternative à travers un transformateur auxiliaire . 2 — Dispositif de protection contre les défauts à la terre suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le relais est raccordé à la tension alternative par l'intermédiaire de redresseurs . 15 3 - Dispositif de protection contre les défauts à la terre suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le relais est intercalé entre les extrémités de deux résistances branchées en série et dont le point de jonction est mis à la terre , ré -sistances qui sont shuntées par des condensateurs ; et en ce 20 que cette combinaison de résistances est raccordée au transformateur auxiliaire à travers des redresseurs branchés en série et en opposition , le point de jonction des redresseurs étant relié , à travers une autre résistance , à la jonction des diodes de couplage . 25 4 - Dispositif de protection contre les défauts à la terre suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le relais est un relais différentiel raccordé , d'une part , à travers le 69 12548 8 2006691 transformateur auxiliaire , à la tension alternative alimentant le circuit de mesure et , d'autre part , à travers une résis — tance réglable , à la tension alternative . • 5 - Dispositif de protection contre les défauts à la 5 terre suivant les revendications 2 et 4 } caractérisé en ce que le relais différentiel est branché aux bornes d'un montage en pont redresseur » 6 — Dispositif de protection contre les défauts à la terre suivant les revendications 3 et 4 , caractérisé en ce que 10 le relais comprend deux enroulements en opposition entre eux . 7 - Dispositif de protection contre les défauts à la terre , suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les diodes de couplage'sont des diodes à avalanche .