Brevet FR2117789A1 — publié le 19720728

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Claude TERRA COL, est relative à un dispositif de déclenchement sélectif de disjoncteurs disposés en série dans un circuit de puissance d'un réseau électrique en arbre, comprenant associé à chaoue disjoncteur un déclencheur à réponse instantanée et en aval de chaoue disjoncteur un détecteur du courant circulant dans la branche correspondante dudit réseau, susceptible de commander ledit déclencheur en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé, un dispositif d'interconnexion entre lesdits déclencheurs et lesdits détecteurs assurant en cas de défaut apparaissant dans ledit réseau le déclenchement instantané du disjoncteur situé directe- ment en amont du défaut et uniquement de ce disjoncteur. La sélectivité de déclenchement est obtenue dans les installations classiques par des temps de réponse échelonnés, le disjoncteur situé le plus près de la source de courant, normalement dénommé disjoncteur amont, présentant une temporisation maximale. Seuls le ou les disjoncteurs aval situés à proximité directe de l'utilisateur présentent une réponse instantanée leur ouverture intervenant immédiatement après l'apparition d'un défaut. En cas de défaillance d'un tel disjoncteur, le disjoncteur situé directement en amont s'ouvrira avec un retard prédéterminé, de manière à éliminer le défaut. Ces dispositifs connus évitent l'ouverture intempestive de plusieurs disjoncteurs à la fois, mais au détriment de la rapidité d'élimination du défaut.Les temps de réponse des disjoncteurs en amont peuvent être voisins de la seconde et les disjoncteurs correspondants ainsi que leurs liaisons doivent bien entendu être dimensionnés en conséquence. Un courtcircuit intervenant en un point intermédiaire du réseau persistera pendant la durée de déclenchement du disjoncteur directement situé en amont du défaut, laquelle sera d'autant plus importante que le défaut sera plus proche de la source de courant. La demanderesse a déjà fait connaître par ses brevets français Nos. 1.421.236 et 1.505.56? un système de protection sélective pour réseaux électriques conservant un déclenchement instantané du disjoncteur disposé en amont du défaut tout en évitant tout fonctionnement simultané de plusieurs disjoncteurs. Le dispositif connu fait appel à des circuits électroniques à fonction logique qui commandent le déclenchement d'un disjoncteur lorsque différentes conditions sont présentes. Le dispositif logique scrute l'étant du réseau en différents points et autorise le déclenchement du disjoncteur situé directement en amont du défaut tout en verrouillant l'ensemble des autres disjoncteurs.Un tel dispositif donne entière satisfaction, mais le besoin s'est fait sentir de disposer d'un système simplifié ne faisant pas appel à des éléments électroniques relativement coûteux. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des systèmes précités et de permettre la réalisation d'un dispositif sélectif d'une constitution particulièrement simple et d'une fiabilité parfaite. Le dispositif de déclenchement sélectif selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit dispositif d'inter- connexion comporte un circuit de commande desdits disjoncteurs agencé en arbre, image dudit circuit de puissance, dans lequel lesdits détecteurs de courant, associés à des disjoncteurs en série, sont connectés d'une manière identique en série, chaque déclencheur de disjoncteur étant branché-au détecteur associé, en aval de ce dernier, et à un point commun à tous les déclencheurs qui n'est autre que la branche de retour du circuit-image de commande. Les détecteurs de courant peuvent être des -trans for- mateurs de courant dont les enroulements primaires sont insérés dans ledit circuit de puissance et dont les enroulements secondaires sont insérés d'une manière similaire dans le circuit de commande. Les déclencheurs, par exemple-du type magnétique, sont bien entendu appropriés au courant fourni par les secondaires des transformateurs d'intensité et ils sont connectés en aval de ces derniers, le terme aval s'entendant dans le-sens d'écoulement du courant à partir de la source vers l'utilisateur.A un courant circulant dans le circuit principal à travers un certain nombre de disjoncteurs en série correspond un courant image dans le circuit de commande traversant les secondaires des transformateurs de courant correspondants et se bouclant par la branche de retour. L'égalité des courants dans les transformateurs connectés en série empêche toute dérivation de courant vers des déclencheurs en fonctionnement normal de l'installation. I1 ressortira plus clairement de l'exposé qui va suivre que dans le cas d'un défaut à un emplacement quelconque du réseau le déclencheur situé directement en amont de ce défaut est instantanément actionné. Le dispositif selon l'invention peut être appliqué à un réseau à tension unique, par exemple un réseau à moyenne tension ou à basse tension, mais son emploi peut être étendu à des réseaux comprenant des transformateurs, par exemple moyenne tension-basse tension, si l'on prend soin d'adapter le rapport de transformation des transformateurs de courant, de manière à égaliser le courant dans leurs enroulements secondaires. La présence d'un transformateur de puissance introduit éventuellement un déphasage dans le circuit de puissance dont il convient de tenir compte dans le circuit de commande image en réalisant un rephasage par tout moyen approprié, par exemple un transformateur de rephasage ou un couplage en zig-zag de certains secondaires de transformateur d'intensité. I1 est inutile d'étendre la sélectivité aux disjoncteurs situés au dernier niveau du réseau qui ne comporte plus aucun autre disjoncteur en aval et alimente directement la charge, ces disjoncteurs déclenchant toujours instantanément dès qu'un courant de défaut les traverse. Selon un développement de l'invention, il est avantageux d'équiper ces disjoncteurs du dernier niveau d'un dispositif de déclenchement individuel commandé directement par le courant traversant ledit disjoncteur. Un même transformateur de courant peut être associé à différentes branches dudit dernier niveau, le secondaire commun étant inséré dans le circuit image de commande. Le système selon la présente invention sélectionne instantanément le disjoncteur devant éliminer le défaut et empêche le fonctionnement de tous les autres disjoncteurs également traversds par le courant de défaut. On évite ainsi toute temporisation mais en cas de défaillance du disjoncteur sélectionné il convient de prévoir une détection de cette défaillance et le déclenchement d'un autre disjoncteur. La solution la plus simple est de ramener le problème sur le disjoncteur de tête situé en amont du réseau à proximité de la source de courant en dotant ce disjoncteur, en plus des déclencheurs reliés au circuit image, de déclencheurs à propre courant usuels légèrement temporisés, par exemple de 30 à 40 ms. Pour tout défaut supérieur au seuil de déclenchement de ces déclencheurs et persistant pendant une durée supérieure à ladite temporisation, l'appareil de tête déclenchera automatiquement. Un défaut qui n'aurait donc point été éliminé par la protection sélective selon l'invention ne peut persister pendant une durée supérieure à celle de ladite temporisation Le déclenchement du disjoncteur de tête interrompt bien entendu l'alimentation en courant de l'ensemble du réseau et dans certains cas il peut être préférable de conserver une certaine sélectivité en détectant la défaillance d'un disjoncteur dans le circuit image de commande et à transférer l'ordre de déclenchement au disjoncteur situé en amont du disjoncteur défaillant. Selon un développement de l'invention ledit circuit image de commande comporte des dispositifs à action retardée, par exemple des fusibles insérés dans des connexions des déclencheurs audit point neutre commun, dont le calibre est déterminé de manière à provoquer en cas de défaut persistant l'interruption de ladite connexion et le report de l'ordre de déclenchement au disjoncteur amont. Le fusible est avantageusement shunté par une résistance suffisamment élevée pour saturer immédiatement le transformateur d'intensité correspondant lors de la fusion du fusible associé. Le courant est ainsi dérivé instantanément dans le dé clenchelrr de l'étage supérieur et provoque le déclenchement du disjoncteur situé directement en amont. L'emploi d'un fusible présente de plus l'avantage d'introduire une temporisation décroissante avec l'importance du défaut. Le fusible peut etre calibré de manière à fondre instantanément en cas de court-circuit important excessif pour le disjoncteur associé, de manière à transférer immédiatement l'ordre de déclenchement au disjoncteur amont, d'une capacité supérieure. Le système de protection sélective selon l'invention peut bien entendu être juxtaposé ou combiné avec d'autres protections usuelles, chaque disjoncteur pouvant par exemple comporter un déclencheur thermique usuel susceptible d'éliminer les faibles surintensités permanentes. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre donné à titre d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dont la figure unique est un schéma monophasé fonctionnel d'un circuit de puissance représenté en traits épais doté d'un circuit de commande image, selon l'inven tion, représenté en traits fins. Sur la figure une source de courant 10 alimente un réseau de distribution en arbre, désigné par le repère général 11, comportant trois étages A, B, C, comportant chacun différentes branches, une branche 12 à l'étage ou au niveau A, trois branches 14, 16 et 18 à l'étage 3 et huit branches 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 et 34 à l'étage C. Dans chaque branche 12 à 34 du circuit de puissance il est inséré un disjoncteur, respectivement 36 à l'éta- ge A, 38, 40, 42 à l'étage B, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 56 et 58 à l'étage C.Le disjoncteur 36 de l'étage A, directement en aval de la source 10 et en amont du réseau de distribution 11, est équipé d'un déclencheur par phase, par exemple à bobine de commande 60 à action instantanée, susceptible de provoquer le déclenchement du disjoncteur 36. D'une manière analogue les disjoncteurs 38, 40, 42 de l'étage B comportent chacun un déclencheur par phase à action instantanée 62, 64, 66. En aval de chaque disjoncteur 36 à 58 est inséré dans le circuit de puissance 11, le primaire de transformateurs de courant, respectivement désignés par les repères 68, pour le transformateur de l'étage A, 70, 72, 74 pour les transformateurs de courant de l'étage B, 76, 78, 80, 82, 84 et 86 pour les transformateurs de l'étage C.Les secondaires des transformateurs de courant 68 à 86 sont connectés entre eux dans un circuit en arbre, désigné par le repère général 88 et représenté en traits fins sur la figure, qui constitue une image du circuit de puissance 11. Le circuit image de commande 88 se referme sur un conducteur de retour commun 90.A un courant, parcourant, par exemple les branches 12, 16 et 28 connectées en série du circuit de puissance 11 et traversant les primaires des transformateurs de courant 68, 72 et 80, est associé un courant d'intensité proportionnelle, déterminé par le rapport de transformation, identique à tous les transformateurs, dans le circuit de commande image 88, ce courant traversant successivement les secondaires des transformateurs de courant 68, 72, 80 connectés en série. I1 est facile de voir que la répartition des courants dans les différentes branches du circuit 88 s'effectue d'une manière analogue à celle existant dans le circuit de puissance 11. La bobine du déclencheur magnétique 60 du disjoncteur 36 est connectée à la sortie du secondaire du transformateur de courant 68 et au conducteur commun 90. D'une manière analogue, les déclencheurs 62, 64166 de l'étage B, sont respectivement con nectés à l'aval des secondaires des transformateurs de courant 70, 72, 74 et au conducteur commun 90. Dans le fil de connexion 92 des déclencheurs 62, 64, 66 au conducteur commun 90 est éventuellement inséré un fusible 94 shunté par une résistance 96. Dans le fil de connexion 98 des sorties aval des secondaires des transformateurs de courant 76 à 86 du dernier étage C au conducteur commun 90 est éventuellement inséré d'une manière analogue un fusible 100 shunté par une résistance 102. Dans l'exemple représenté sur la figure les disjoncteurs 44 à 58 du dernier étage C ne comportent pas de déclencheurs commandés par le circuit de protection sélective 88. Ces disjoncteurs 44 à 58 comportent par contre les déclencheurs usuels à effet thermique et électromagnétique schématiquement représentés sur la figure en 104, 106, 108, 110, 112, 114*, 116 et 118. Les déclencheurs 104 à 118 provoquent d'une manière bien connue l'ouverture instantanée du disjoncteur associé en cas de défaut à l'aval, par exemple apparaissant au niveau de la charge alimentée. Sur les disjoncteurs 38, 40, 42 de l'étage B on a conservé le déclencheur thermique usuel 120, 122, 124, destiné à éliminer une faible surcharge persistante. La fonction du déclencheur électromagnétique usuel est reprise par le déclencheur de la protection sélective, respectivement~62, 64, 66.Le disjoncteur de tête 36 de étage A comporte les déclencheurs usuels à action thermique et à action électromagnétique 126, pour des raisons qui ressortiront plus clairement de l'exposé du fonctionnement de l'installation qui va suivre. I1 convient de noter qu'un transformateur de courant unique 76 à primaires multiples peut être associé à trois branches 20, 22, 24 du circuit de puissance 11. Un tel regroupement, qui simplifie notablement l'installation, est possible lorsqutun même disJoncteur 38 d'un étage supérieur en amont alimente plusieurs disjoncteurs 44, 46, 48 d'un dernier étage C disposés dans un même emplacement. Le dispositif de déclenchement selon l'invention fonctionne de la manière suivante Dans le cas d'un défaut E apparaissant au niveau de la charge ou de l'utilisateur, par exemple sur la branche 32 du circuit de puissance 11, le courant de défaut parcourt les disjoncteurs 36, 42 et 56 ainsi que les primaires des transformateurs de courant 68, 74, 84 connectés en série.Un courant correspon dant détecteur du défaut circule dans le circuit image 88 à travers les secondaires des transformateurs de courant 68, 74, 84 connectés en série et l'égalité des courants traversant lesdits secondaires implique le passage de ce courant à travers le fil de connexion 98 vers le conducteur commun 90, les dérivations 92 du déclencheur 66 et la dérivation 128 associée au déclencheur 60 n'étant parcourue par aucun courant notable. I1 en résulte que l'ouverture du disjoncteur 36 de l'étage A et du disjoncteur 42 de l'étage B est empêchée seul le disjoncteur directement en amont du défaut déclenchant sur ordre du déclencheur usuel 116 à réponse instantanée.En cas de défaillance du disjoncteur 56 la persistance du courant de défaut dans le circuit image 88 provoque la fusion du fusible 100 et la dérivation du courant par la connexion 92 à travers le déclencheur 66 du disjoncteur 42 disposé en amont du disjoncteur défaillant 56. L'excitation du déclencheur 66 provoque instantanément l'ouverture du disjoncteur 42 qui pallie la défaillance du disjoncteur aval. La sélectivité de l'élimination du défaut est conservée étant donné que le disjoncteur de tête 36 ne peut déclencher préalablement au disjoncteur 42 la bobine du déclencheur 60 restant sans courant même après fusion du fusible 100. Dans le cas où le défaut se produit au niveau de l'étage B, par exemple au point D en aval du transformateur de courant 72, le courant de défaut parcourt les disjoncteurs 36 et 40 et les transformateurs de courant 68 et 72 connectés en série. Les secondaires des transformateurs 68 et 72 connectés en série dans le circuit image 88 sont parcaurus par un courant image du courant de défaut, lequel se referme par le conducteur 92 sur le conducteur commun 90 en traversant la bobine du déclencheur 64 provoquant l'ouverture du disjoncteur 40.Dans le cas d'une défaillance du disjoncteur 40 le fusible 94 traversé par le courant image du défaut fond après une durée Drédéterminée en dérivant le courant par le conducteur 128 et la bobine du déclencheur 60 du disjoncteur 36. Le déclenchement du disjoncteur 40 est instantané et la temporisation du déclenchement du disjoncteur 36, se substituant au disjoncteur défaillant 40, est fonction du temps de fusion du fusible 94, c'est-à-dire, de l'intensité du courant de défaut ou de court-circuit. L'intervention du disjoncteur 36 s'opère d'autant plus rapidement que le court-circuit est plus important. Dans le cas d'un défaut F au niveau de l'étage A le courant du secondaire du transformateur 68 se ferme par le déclencheur 60 qui ouvre le disjoncteur 36. Le déclencheur usuel 126 du disjoncteur de tête 36 permet de pallier une défaillance de la protection sélective en engendrant un déclenchement temporisé en cas de persistance du courant de défaut dans le circuit de puissance 11 pendant une durée prédéterminée. L'entrée en action de ce dispositif de secours est bien entendu exceptionnelle et provoque la mise hors tension de l'ensemble du réseau. Les résistances de shuntage 96, 102, respectivement des fusibles- 94 et 100 permettent de saturer les transformateurs de courant correspondants lors de la fusion des fusibles 94, 100 tout en évitant des surtensions excessives aux bornes des enroulements secondaires. I1 est bien entendu possible de substituer aux fusibles des relais temporisés (non représentés) ouvrant les circuits 92, 98 après une durée prédéterminée de circulation d'un courant supérieur à un seuil donné. Le dispositif de déclenchement sélectif selon l'invention peut être associé et combiné avec les protections usuelles, par exemple de la manière représentée à titre d'exemple à la figure ou de toute autre manière opérante, mais il est bien entendu qu'il pourrait se substituer totalement à tout autre système de protection, dans quel cas il conviendrait d'équiper les disjoncteurs situés au dernier étage de bobines de déclenchement insérées dans le circuit image d'une manière identique à celle décrite pour les bobines des disjoncteurs amont. Le système est évidemment applicable à des circuits polyphasés à transformateurs de courant associés à chaque phase du courant.Dans le cas d'un réseau comprenant un transformateur de puissance, par exemple de moyenne tension - basse tension, la protection sélective selon l'invention peut être étendue aux deux étages de tension, en l'occurrence la moyenne tension et la basse tension si l?on prend soin de réaliser un circuit image tenant compte du rapport des courants introduit par le transformateur de puissance. A cet effet, il suffit de choisir le rapport de transformation des transformateurs de courant associés à l'une des tensions, différent de celui des transformateurs de courant de l'autre tension de telle manière que les secondaires des différents transformateurs de courant sont parcourus par un même courant, de la manière décrite précédemment. La présence d'un transformateur engendrant un.déphasage, il convient de prévoir dans le circuit image un dispositif de rephasage, par exemple un transformateur ou tout autre système approprié. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté à titre d'exemple au dessin annexé, mais elle s'étend bien au con trairé à toute variante restant dans le cadre des équivalences mécaniques et électriques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déclenchement sélectif de disjoncteurs disposés en série dans un circuit de puissance d'un réseau électrique en arbre, comprenant associé à chaque disjoncteur un déclencheur à réponse instantanée et en aval de chaque disjoncteur un détecteur du courant circulant dans la branche correspondante dudit réseau, susceptible de commander ledit déclencheur en cas de dépassement d'un seuil prédéterminé, un dispositif d'interconnexion entre lesdits déclencheurs et lesdits détecteurs assurant en cas de défaut apparaissant dans ledit réseau le déclenchement instantané du disjoncteur situé directement en amont du défaut et uniquement de ce disjoncteur, caractérisé par le fait que ledit dispositif d'interconnexion comporte un circuit de commande desdits disjoncteurs agencé en arbre, image dudit circuit de puissance, dans lequel lesdits détecteurs de courant associés à des disjoncteurs en série sont connectés d'une manière identique en série, chaque déclencheur de disjoncteur étant branché au détecteur associé, enaval de ce dernier, et à un point commun à tous les déclencheurs constituant la branche de retour du circuit de commande. 2. Dispositif de déclenchement sélectif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits détecteurs sont constitués par des transformateurs de courant dont les enroulements primaires sont insérés dans ledit circuit de puissance en arbre et dont les enroulements secondaires sont insérés d'une manière similaire dans le circuit de commande, image du circuit de puissance. 3. Dispositif de déclenchement selon la revendication 2, dans lequel le circuit de puissance comprend deux étages de tension, caractérisé par le fait que les transformieurs de courant appartenant à un même étage présentent tous un même rapport de transformation, le rapport entre les rapports des transformateurs d'étages différents étant égal au rapport des tensions entre lesdits deux étages. 4. Dispositif de déclenchement selon la revendication 2 ou 3 pour un réseau en arbre, comprenant une pluralité de branches et de niveaux, caractérisé par le fait que les disjoncteurs du dernier niveau, qui ne comportent plus aucun disjoncteur en aval, sont équipés d'un dispositif de déclenchement individuel classique commandé directement par le courant dans ledit disjoncteur. 5. Dispositif de déclenchement selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un transformateur de courant commun à plusieurs branches dudit dernier niveau comprenant une pluralité d'enroulements primaires chacun inséré dans l'une desdites branches et un enroulement secondaire commun inséré dans ledit circuit image de commande. 6. Dispositif de déclenchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit circuit image de commande comporte des diSpositifs à action retardée susceptibles, en cas de défaillance de l'un des disjoncteurs, d'éliminer l'action du détecteur disposé en aval de ce disjoncteur dans le circuit image de commande, de manière à reporter après une durée prédéterminée l'ordre de déclenchement sur le disjoncteur situé directement en amont du disjoncteur défaillant. 7. Dispositif de déclenchement selon les revendications 2 et 6, caractérisé par le fait qu'il comporte des fusibles insérés dans lesdites connexions des déclencheurs audit point commun, leur calibre étant déterminé de façon à provoquer en cas de défaut persistant pendant une durée prédéterminée la rupture de la connexion audit point commun et ledit report de l'ordre de déclenchement au disjoncteur amont. ~ 8. Dispositi éclenchement selon la revendica- tion 7, caracté ar le fait que lesdits fusibles sont shuntés par esistance de manière à saturer le transformateur de cou- rant associé en cas de fusion du fusible tout en évitant de trop fortes surtensions. 9. Dispositif de déclenchement selon les revendications 2 et 6, caractérisé par le fait aue lesdits dispositifs à action retardée comportent des relais temporisés. 10. Dispositif de déclenchement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins un disjoncteur amont est doté d'un dispositif de déclenchement à propre courant à action autonome et retardée, susceptible de pallier une défaillance du dispositif.