Brevet FR2077354A1 — publié le 19711022

La présente invention se rapporte à un dispositif de protection à courant alternatif pour un réseau de puissance d'alimentation. Selon l'invention, un dispositif de protection à courant alternatif, pour réseau de puissance d'alimentation, comprend une paire de bornes d'entrée destinées à entre alimentées par un signal de potentiel alternatif, un circuit de sommation pourvu d'une sortie et d'une entrée, un circuit différentiateur pourvu d'une entrée connectée à ces bornes d'entrée et d'une sortie connectée à cette entrée du circuit de sommation, un circuit intégrateur pourvu d'une entrée connectée à ces bornes d'entrée et d'une sortie connectée à cette entrée du circuit de sommation, et un dispositif de commande couplé et répondant à cette sortie du circuit de sommation résultant d'une variation de la valeur de la somme des signaux appliquée à celui-ci par ce circuit différentiateur et ce circuit intégrateur. Dans certains réseaux de puissance, les courants d'anomalies peuvent produire des changements seulement relativement faibles par rapport au courant permanent, et peuvent mdme parfois entre inférieurs au courant de charge maximale. Ces anomalies sont extrêmement difficiles à détecter avec les dispositifs de relais de protection connus qui ne répondent pas à ces conditions défectueuses. Un relais à changement d'intensité exécutera avantageusement une détection rapide des anomalies en comparant l'intdgrale avec la dérivée du signal à courant alternatif. L'invention sera maintenant décrite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est un schéma simplifié montrant l'agencement de protection à relais à changement d'intensité pour réseau triphasé de puissance d'alimentation; La Figure 2 représente un schéma de montage utilisé dans les cases de la Figure 1; La Figure 3 est une vue schématique représentant le montage utilisable dans le circuit de commande du relais de déclenchement; et Les Figures 4 et 5 sont des courbes illustrant le fonctionnement de l'agencement de relais à changement d'intensité. En référence aux dessins, un transducteur intensitétension, constitué par un transformateur, comporte un noyau de fer 2 avec entre-fer, et des enroulements primaire et secondaire 3 et 4. L'enroulement primaire 3 est connecté de manière à titre excité par un signal qui est la somme vectorielle de l'inten- sité passant dans les conducteurs de phases A et B de la source de puissance. De mimez un transformateur d'entrée 1A, identique au transformateur d'entrée 1, a son enroulement primaire excité par un signal qui est la somme vectorielle de l'intensité passant dans les conducteurs de phases B et C. L'enroulement secondaire 4 du transformateur d'entrée 1 est connecté de manière à exciter un filtre d'entrée passe-bas 8, de construction convenable pour éliminer ou au moins atténuer appréciablement le bruit de haute fréquence et la teneur en harmoniques de l'onde qui lui est fournie. Le filtre représenté comprend deux cellules en échelle RC montées en cascade 10 et 11. Une paire de diodes de Zener montées dos-à-dos 12 sont connectées aux bornes des conducteurs de sortie 14 et 15 du filtre d'entrée 8 et empêche une tension excessive entre ceux-ci. Les conducteurs 14 et 15 sont connectés aux bornes d'entrée 16-17 et 18-19 d'un circuit différentiateur et d'un circuit intégrateur 20 et 22, respectivement. Le signal différentié de sortie du différentiateur 20 et le signal intégré de sortie de l'intégrateur 22 apparaissent entre une barre commune 24 et les conducteurs 26 et 27 qui relient ces circuits 20 et 22 à un dispositif additionneur 28. Cet additionneur peut être constitué d'une paire de résistances de valeur fixe et d'un potentiel mètre 30 connectée en série. Le bras mobile du potentiomètre 30 est connecté au moyen d'un conducteur 31 à une borne d'entrée 32 d'un détecteur de phénomènes transitoires 34 dont la borne de sortie est connectée par le conducteur 36 à une première borne d'entrée d'un circui-t analogique OU 38. De même, le transformateur d'entrée 1A est connecté au filtre d'entrée 8A. Le signal de sortie du filtre 8A est appliqué aux bornes d'entrée 16A et 17A du différentiateur 20A et aux bornes d'entrée 18A et 19A de l'intégrateur 22A. Le diffé rentiateur 20A et l'intégrateur 22A sont connectés par les conducteurs 26A et 27A au circuit additionneur 28A qui est connecté par l'intermédiaire d'un détecteur de phénomènes transitoires 34A à la seconde borne d'entrée 39 du circuit analogique OU 38. Le signal de sortie du circuit OU 38 est le signal ayant la plus grande valeur parmi les signaux appliqués à celui-ci par les détecteurs 34 et 34A de phénomènes transitoires. La borne de sortie du circuit OU 38 est connectée par un conducteur 40 à la première borne d'entrée 4l d'un détecteur 42 de condition défectueuse. Le détectéur 42 comprend un appareil de réglage détectant le niveau du défaut, comprenant un potentiomètre 44 pourvu d'un bras mobile qui détermine le niveau du signal d'entrée nécessaire pour actionner une minuterie de temporisation 46 excitée par le détecteur 42 de condition défectueuse. Le circuit 46 de chronométrage de temporisation est connecté par le conducteur 48 à une première borne d'entrée 49 d'un second circuit analogique OU 50. Le circuit de chronométrage 46 empêche un fonctionnement erronné dd aux phénomènes transitoires à court terme. Un intervalle de chronométrage convenable serait de 2 millisecondes. La sortie du circuit OU 50 est connectée par un conducteur 52 à l'entrée d'un détecteur 54 de condition de déclenchement. Une première borne de sortie 56 du détecteur 54 est connectée par un conducteur 58 à la borne d'en- trée d'un circuit de sortie de commande de déclenchement 60. Une seconde borne de sortie 62 du détecteur 54 est connectée par un conducteur 63 à la borne d'entrée d'un circuit ou réseau 64 de chronométrage de durée minimale de déclenchement. La borne de sortie du circuit de chronométrage 64 est connectée par un conducteur 65 à la seconde borne d'entrée 66 du circuit OU 50. Avec cet agencement des circuits de chronométrage 46 et 64, la condition défectueuse doit entre présente pendant un intervalle de temps prédéterminé, lequel, ainsi qu'il a été indiqué, peut entre de 2 millisecondes, -avant l'excitation du détecteur 54 de déclenchement et l'excitation qui en résulte du circuit de sortie de déclenchement 60 et du circuit 68 de déclenchement. Le détecteur 54 de déclenchement actionne également le circuit de chronométrage 64 qui maintient la seconde borne d'enw trée 66 du circuit OU 50 excitée pendant un temps prédéterminé après toute cessation de désexcitation de la borne 48.Cet intervalle de temps est indiqué comme étant de 20 millisecondes, et assure que, une fois actionné, le circuit de sortie 60 de déclenchement est maintenu excité pendant une période suffisante pour faire fonctionner le circuit de déclenchement 68. En ce qui concerne le fonctionnement du dispositif de protection on se réfèrera en particulier aux Figures 4 et 5 dans lesquelles le synchroniseur I1 indique l'angle de phase et la valeur du courant normal passant au dispositif de charge (non représenté), le synchroniseur I2 indique la valeur et l'angle de phase du courant résultant qui existe après l'anomalie et que la condition finale de courant stable est obtenue. Le synchroniseur k représente la phase et la valeur du courant qui est ajouté au courant primitif Iîe Le courant IF sera par la suite parfois désigné par les termes courant défectueux, le courant I par les termes courant initial et le courant I2 par les termes courant résultant.La rotation des synchroniseurs est du sens des aiguilles d'une montre et le synchroniseur I est un indicateur de base. La partie de ligne en pointillé 70A de l'onde 70 montre sous forme sinusofdale la forme d'onde du courant IF qui, en cas de présence, passerait dans le circuit relié à la charge, mais qui ntest pas effectivement présent avant le temps t'o auquel se produit l'anomalie. La partie en trait plein 70B de l'onde 70 montre la composante alternative de la forme d'onde immédiate ment après l'anomalie. Puisque le courant ne peut pas passer immédiatement d'une valeur zéro 70C à la valeur IF, il se présente une composante transitoire courant continu illustrée par la courbe 72. Cette composante s'affaiblit de manière exponentielle. La courbe 74 indique l'intégrale de la courbe 70B. Puisque l'anomalie s'est produite au temps t'o qui est décalé de t' la courbe 74 est symétrique autour d'un axe qui est décalé dtune distance constante de l'axe zéro de courant. Le temps t'x se produit à la valeur de crotte de l'onde 70. Le décalage est proportionnel à la zone 70D située sous la courbe 70 entre les temps t' et toto. Dans ce cas, l'axe de symétrie de la courbe 74 se situe sous l'axe de courant zéro. La courbe en trait pointillé 73 indique la valeur intégrée qui serait obtenue si l'anomalie se produisait au temps t'x, et pour laquelle l'axe de symétrie serait identique à l'axe de courant zéro. La courbe 76 indique la différentielle de la courbe 70B alors que la courbe 78 indique le total obtenu en additionnant la courbe intégrée 74 et la courbe différentielle 76. Cette courbe sera une grandeur déterminée, soit plus soit moins, sauf quand t'o = t x L'intégrale de la courbe 72 qui représente la valeur du phénomène transitoire courant continu est représentée par la; courbe 80, et la dérivée de la courbe 72 est représentée par la courbe 82. Le total obtenu en ajoutant les courbes 80 et 82 est représenté par la courbe 84. Dans toutes les conditions, sauf quand l'anomalie se produit aux valeurs O de la courbe 70, une composante transitoire courant continu est présente et la courbe 84 ne peut avoir une valeur zéro.Dans ces conditions, l'intégrale de la courbe 70 se trouve décalée de la distance maximale de l'axe zéro, et la courbe 78 a sa valeur maximale. Si l'anomalie se produit au temps t' , ce décalage est représenté par la zone située sous la courbe 70 entre les temps t'x et t' . A la Figure 5, les courbes 841 à 844 représentent dans chaque cas le changement de valeur de la somme des courbes 80 et 82. Les grandeurs de départ 86' et 86" représentent différentes valeurs des grandeurs initiales représentées par les courbes 78 et 84 et indiquent la somme algébrique des grandeurs initiales de ces courbes. La valeur initiale de la courbe 84 varie d'une valeur positive maximale quand l'anomalie se produit au temps t' , passe par une valeur zéro quend l'anomalie se produit au temps t'y, et atteint une valeur négative maximale lorsque l'anomalie se produit au temps t'z . De même, la première valeur initiale de la courbe 78 varie selon le temps d'occurence de l'anomalie.Dans le cas de la courbe 78, la valeur varie du zéro quand l'anomalie se produit au temps t'x , en passant par une valeur négative maximale du temps t'y, à une valeur zéro y au temps t'z. La courbe 90 (Figure 5) illustre un signal de seuil désiré pour empêcher les variations mineures de la forme d'onde de la courbe de courant de causer un fonctionnement erronné indésiré du relais. Cette valeur est déterminée par le réglage du potentiomètre 44. La courbe 92 illustre la valeur du signal d'erreur redressé qui serait obtenu par un redressement des deux alternances du signal de sortie 844 prenant naissance au point 86'. Cette courbe débute à une valeur dépassant la valeur de seuil 90 mais devient inférieure à cette valeur de seuil en moins de 2 millisecondes d'intervalle de chronométrage nécessaire pour que le circuit de chronométrage 46 décompte et actionne le détecteur 54 de déclenchement par l'intermédiaire du circuit OU 50.Le circuit de chronométrage 46 se rétablit alors et ne reprend ses fonctions de chronométrage que lorsque la valeur de la courbe 92 excède à nouveau la valeur de seuil 90 ainsi que l'indique la courbe 94r Au bout d'un retard de 2 ms, un signal 96 de déclenchement est alors appliqué par le circuit de chronométrage 46 au circuit OU 50 pour actionner le circuit 68 de déclenchement, Le signal redressé résultant, dans ces conditions, introduit un retard dépassant les 2 ms désirés, retard pour lequel le fonctionnement du circuit de chronométrage 46 est réglé. Dans certaines conditions de fonctionnement, il peut entre préférable d'assurer un intervalle de temporisation qui soit à tout moment celui programmé dans le circuit de chronométrage 46. Un tel fonctionnement est assuré par le circuit de couplage incorporé dans chacun des circuits détecteurs de phénomène transitoire 34 et 34A. Le circuit de couplage comprend les diodes redresseuses D5 et D7 ainsi que les capacités C16 et C17. Aux onditions de régime permanent les tensions à courant alternatif aux cathodes des diodes D5 et D7 sont déphasées de 180 et s'annulent pratiquement mutuellement au point de sommation entre les résistances R22 et R23, et aucune sortie appréciable n'est appliquée au conducteur 36. Si l'on suppose un signal de sortie du circuit additionneur 28, qui assure une valeur initiale 86" et la courbe 84'4, le signal de sortie sera celui indiqué par la courbe 8424!. Lorsqu'un tel signal est appliqué au détecteur 38 de phénomène transi toire, son transistor Q1 réduit sa conduction en raison du shuntage de son courant de base par la capacité de blocage C15. Cette conduction réduite du transistor Ql augmente le courant passant dans le transistor C12 d'ob il s'ensuit que le potentiel du collecteur du transistor Q1 devient plus positif et que le collecteur du transistor Q2 devient moins positif.La borne de la capacité C16 connectée au collecteur du transistor Q1 augmente donc en potentiel. La charge dans une capacité C16 se modifie lentement en raison de l'effet de rupture de la diode D7 et de l'impédance des résistances R22 et P23 de sorte que le potentiel du point commun entre la capacité C16 et la résistance 22 augmente. Simultanément, le niveau de potentiel de la capacité C16 s'est élevé, la borne de la capacité C17 connectée au collecteur du transistor Q2 diminue.La charge de la capacité C17, contrairement à celle de la capacité C16, se modifie rapidement en raison de la conduction de la diode D5 afin de ramener rapidement te potentiel du point commun de la diode D5 et de la capacité C17 au niveau de 15 volts établi par la source de 15 volts, Cette augmentation de potentiel rétablit la base de potentiel à l'extrémité inférieure de la résistance R23 de sorte que le courant de charge de la capacité C16 passant dans la résistance 23 s'élève au potentiel du conducteur 36 et à celui du conducteur 40 ainsi qu'indiqué par la courbe 98 à la Figure 5. Avec cet agencement, le circuit de chronométrage 46 est pratiquement immédiatement excité et maintenu excité afin d'établir un signal de sortie à l'intervalle de temps à la suite de ltoccurence d'urne anomalie, selon la détermination effectuée par le réglage du circuit de chronométrage. Ceci est indiqué par la courbe 96'. En cas de polarité opposée du point initial 86" de la courbe 844, ainsi qu'illustré par le point 86', la mQme courbe de sortie 98 serait obtenue, mais le fonctionnement des transistors Ql, Q2, des capacités CLS et C17, et des diodes D5 et D7 serait inversé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection à courant alternatif pour réseau d'alimentation de puissance, comprenant une paire de bornes d'entrée destinées à recevoir un signal de potentiel alternatif, un circuit de sommation pourvu d'une sortie et d'une entrée, un circuit différentiateur dont une entrée est connectée à ces bornes d'entrée et dont une sortie est connectée à cette entrée du circuit de sommation, un circuit intégrateur pourvu d'une entrée connectée à ces bornes d'entrée et d'une sortie connectée à cette entrée du circuit de sommation, et un dispositif de commande couplé et répondant à cette sortie du circuit de sommation résultant d'un changement dans la valeur de la somme des signaux appliqués à celui-ci par ces circuits différentiateur et intégrateur0 2.Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de commande est couplé à ce circuit de sommation par un circuit de couplage lequel comprend une première et une seconde connexions interconnectées par un dispositif d'emmagasinage d'énergie, ce circuit de couplage comprenant en outre une source de potentiel couplée à cette se con- de connexion du circuit de couplage afin de fournir l'énergie à cette connexion lorsque le potentiel à cette première connexion du circuit de couplage change dans un premier sens. 3. Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé par le fait que cette source d'alimentation en en potentiel est agencée de manière à empocher le transfert d'énergie de cette source quand le potentiel de cette première connexion du circuit de couplage change pour prendre une direction opposée à ce premier sens. 4. Dispositif de protection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le circuit de couplage comprend une source de potentiel, un premier redresseur, une capacité, un premier et un second circuits, le premier de ces circuits reliant la sortie du circuit de sommation par l'intermédiaire de cette capacité à ce dispositif de commande, et le second circuit connectant cette source au moyen du redresseur à un point de ce premier circuit du réseau de couplage, intermédiaire entre cette capacité et ce dispositif de commande. 5. Dispositif de protection selcn la revendication 4 caractérisé par le fait que ce premier circuit comprend un dispositif chuteur et un second redresseur connectés en série entre cette capacité et ce dispositif de commande, ce second circuit comprenant ce dispositif chuteur et ce second redresseur. 6. Dispositif de protection selon l'une des précédentes revendications, caractérisé par le fait qu'il comprend un premier et un second amplificateurs opérationnels et un premier circuit connectant ce premier amplificateur entre une borne d'entrée et une borne de sortie pour exécuter une opération dtin- tégration sur une polarité alternative répondant à sa borne d'entrée, un second circuit connectant ce second amplificateur entre une borne d'entrée et une borne de sortie pour exécuter une opération de différentiation sur une grandeur de polarité alternative répondant à sa borne d'entrée ces bornes d'entrée sont connectées à ce circuit d'entrée pour excitation de ces premier et second circuits par ce signal, un circuit de sommation connecté entre ces bornes de sortie et pourvu d'une borne de sortie, l'un au moins de ces circuits comprend un dispositif de compensation ayant pour effet de régler la valeur relative des signaux apparaissant à cette borne de sortie du circuit de sommation de telle sorte que le signal résultant à cette borne de sortie soit pratiquement zéro quand le signal d'entrée prend la forme d'une onde sinusoSdale, et produise un signal à cette borne de sortie quand la forme de ce signal de sortie change de cette forme d'onde sinusordale, un dispositif de blocage courant continu, une borne de commande, et un montage connectant cette borne de commande à cette borne de sortie et ayant pour effet d'exciter la borne de commande au moyen d'un signal constant en présence de ce signal de sortie. 7. Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ce montage produit un signal de sortie de commande unidirectionnel dont la valeur dépend de celle du signal de sortie, indépendamment de la polarité de ce dernier. 8. Dispositif de protection selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que ce montage couple le potentiel de ce signal de commande et comprend un dispositif d'emmagasinage couplé entre cette borne de sortie et cette borne de commande, ainsi qu'un circuit de charge connectant une source de potentiel de polarité unidirectionnelle à ce dispositif d'emmagasinage adjacent à cette borne de commande, et un dispositif à passage asymétrique de courant connecté à ce circuit de charge. 9. Dispositif de protection selon la revendication 8 caractérisé par le fait que ce dispositif d'emmagasinage est une capacité et ce dispositif asymétrique est un redresseur. 10. Dispositif de protection selon la revendication 9 caractérisé par le fait que ce circuit d'entrée comprend un filtre sonde sinusoSdale lequel est accordé pour atténuer les harmoniques de ce signal d'entrée.