Brevet FR2164508A1 — publié le 19730803

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Maurice PROAL, est relative à un relais directionnel pour un réseau électrique polyphasé comprenant pour chacune des phases un capteur délivrant un signal courant proportionnel et en phase avec le courant dans la phase correspondante et un capteur délivrant un signal tension proportionnel et en phase avec la tension entre ladite phase et la phase suivante. Les brevets français Nos. 1.421.136 et 1.505.562 de la demanderesse décrivent des systèmes de protection à sélectivité logique dans lesquels un défaut apparaissant dans un tronçon d'un réseau électrique est éliminé par l'ouverture instantanée du disjoncteur directement en amont, vu dans le sens d'écoulement de l'énergie dans le réseau. Ce disjoncteur, le plus près du défaut, transmet aux commandes ou déclencheurs des disjoncteurs en amont des signaux d'inhibition interdisant l'ouverture de ces derniers disjoncteurs. L'alimentation de la partie saine du réseau en amont du défaut est ainsi conservée sans que le temps de- déclenchement dépende de l'emplacement de l'apparition du défaut dans le réseau. Le système fait appel à des éléments logiques appartenant à un circuit comprenant un fil pilote interconnectant les déclencheurs des différents disjoncteurs. Les systèmes connus peuvent être appliqués à des réseaux en antenne ou en arbre à alimentation unique dans lesquels le sens d'écoulement de l'énergie est toujours conservé. Ils sont difficilement applicables à des réseaux en boucle ou à des réseaux maillés, dans lesque-ls un tronçon peut être alimenté, selon les conditions de charge du réseau, par l'une ou l'autre des branches de la boucle. La présente invention a pour but de permettre la réalisation d'un relais directionnel de court-circuit capable de déterminer le sens de circulation de l'énergie électrique en un point d'un réseau polyphasé bouclé lors de ltapparition d'un courtcircuit biphasé ou triphasé ou d'un courant important à la terre. Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un système de protection sélective applicable à un réseau bouclé ou maillé. Le relais directionnel selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte de plus pour chaque phase un déphaseur qui déphase de 1200 électrique en arrière ledit signal courant et un discriminateur qui compare le signal courant déphasé audit signal tension et délivre un signal dont la polarité reflète la concordance ou l'opposition en phase du signal tension et du signal courant déphasé et un intégrateur commun à l'ensemble des phases qui intègre la somme des signaux délivrés par les différents discriminateurs et commande un relais de seuil, de manière que la position des contacts dudit relais à seuil soit fonction du sens d'écoulement de l'énergie dans le réseau à l'emplacement du relais directionnel. I1 ressortira plus clairement de l'exposé qui va suivre que le relais directionnel est capablé de fonctionner aussi bien en régime équilibré qu'enrégime totalement déséquilibré en courant et en tension. Cette fonction est notamment obtenue grâce à ùn ensemble déphaseur discriminateur, qui est avantageusement agencé pour transmettre le signal courant pendant les alternances d'une même polarité du signal tension et pour éliminer le signal courant pendant les alternances de polarité inverse du signal tension. La sommation des signaux des différents discriminateurs permet de tenir compte d'un déséquilibre du réseau. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et représenté aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma unifilaire d'une boucle d'un circuit de puissance, représentée en traits epais, équipée d'un système de sélectivité logique à relais directionnel, selon l'invention; la figure 2 est un~schéma synoptique d'un relais directionnel selon la figure 1; la figure 3 est une représentation vectorielle des signaux courant et tension délivrés par le discriminateur associé à la phase I dans un sens d'écoulement de l'énergie, représenté par la flèche; la figure 4 est une vue analogue à celle de la figure 3, montrant les signaux délivrés par le discriminateur pour un sens d'écoulement de l'énergie en direction inverse. Sur la figure 1, un réseau en boucle 10 est subdivisé en différents tronçons par une pluralité de disjoncteurs A, B, C, D, E, F, G, chaque tronçon pouvant être alimenté, selon les conditions de charge du réseau, par l'une ou par l'autre branche de la boucle 10 dans laquelle il est inséré. A chaque disjoncteur A à G est associé un bloc de commande SSL d'un système de sélectivité logique du type décrit dans le brevet français NO 1.412+.236. Un bloc SSL comporte entre autres, un détecteur du courant/parcourant le tronçon associé de la boucle 10 et délivrant un signal de déclenchement b un déclencheur du disjoncteur ainsi qu'un ordre d'lnhibi- tion transmis à un fil pilote 12, et un dispositif logique recevant les ordres d'inhibition et bloquant les ordres de déclenchement délivrés par le détecteur. La constitution et l'agencement des blocs SSL ne faisant pas partie de la présente invention, il est inutile de les décrire en détail et il suffit de rappeler que dans le cas d'une détection d'un défaut, par exemple par le détecteur du dis joncteur B, le signal de déclenchement émis par le détecteur est transmis au déclencheur du disjoncteur B si aucun ordre d'inhibition ne parvient au bloc SSL par le fil pilote 12 qui le relie au bloc SSL en aval, vu dans le sens d'écoulement de l'énergie. Le détecteur émet simultanément avec l'ordre de déclenchement un ordre d'inhibition vers le bloc SSL en amont, empêchant ltouverture du disjoncteur amont associé.On comprend que selon le sens d'écoule- ment de l'énergie le bloc SSL amont sera soit le bloc SSL au niveau A, soit celui au niveau C. Les ordres dtinhibition doivent donc âtre transmis selon le sens d'écoulement de l'énergie soit au bloc SSL au niveau A, soit au bloc SSL au niveau C, le même problème se posant pour les signaux d'inhibition transmis au bloc SSL du niveau B. A cet effet, on associe selon l'invention à chaque bloc SSL des niveaux intermédiaires B, C, D, E, F un relais directionnel respectivement 16, 18, 20, 22, 24 à contacts inverseurs 26, 28, 30, 32 et 34, ou tout autre moyen analogue, tel que thyristor ou triac. Dans la position des contacts vers la droite, par exemple de l'inverseur 28 du niveau C, représenté à la figure 1, la sortie du bloc SSL repérée par une flèche, est reliée au fil pilote 12 allant vers le niveau B tandis que l'entrée du bloc SSL au niveau C est reliée au fil pilote 12 venant du niveau D. En position inverse des contacts 28, vers la gauche, la sortie serait reliée au fil pilote de l'étage D et l'entrée au fil pilote de l'étage B. Avant de décrire en détail le relais directionnel il est utile d'évoquer le fonctionnement du système de protection sélective selon la figure 1, par exemple en cas d'apparition d'un défaut, dans le tronçon délimité par les disjoncteurs C et D. Le défaut repéré par une croix sur la figure 1, est alimenté par les deux voies, le sens de circulation de l'énergie étant indiqué par les flèches F1 et F2 sur la figure. Dès l'apparition du défaut les relais directionnels 16, 18 placent les contacts inverseurs 26, 28 dans la position, représentée sur la figure, vers la droite, les relais directionnels 20, 22, 24 plaçant inversement leurs contacts 30, 32, 34 vers la gauche de la manière indiquée sur la figure. L'isolement du défaut implique le déclenchement des disjoncteurs C et D, qui s'opère de la manière suivante Le détecteur du bloc SSL du niveau C voit le défaut et envoie un ordre de déclenchement qui est transmis au déclencheur aucun ordre d'inhibition n'étant appliqué à l'entrée du bloc SSL du fait de la position inversée vers la gauche des contacts 30 du relais directionnel 20. Le disjoncteur C déclenche tandis qu'un ordre d'inhibition est transmis par le fil pilote 12 vers le relais directionnel 16 et l'entrée du bloc SSL du niveau B'qui est ainsi verrouillé . D'une manière analogue, le bloc SSL du disjoncteur D voit le défaut et émet un ordre de déclenchement qui est transmis au déclencheur du disjoncteur D, l'entrée du bloc SSL ne recevant aucun ordre d'inhibition du fait de la position à droite des contacts 28 du relais directionnel 18.Le disjoncteur D s'ouvre également tandis que les signaux dtinhibition sont transmis vers les niveaux E, F, G de la manière usuelle. Oh voit que l'adjonction des relais directionnels, qui détectent le sens d'écoulement de l'éner- gie, permet d'appliquer la protection sélective à des réseaux en boucle, le déclenchement des disjoncteurs à proximité du défaut étant instantané tous les autres disjoncteurs étant verrouillés. En se référant plus particulièrement à la figure 2, qui représente un relais directionnel selon l'invention, par exemple le relais 18 du niveau C, les autres relais directionnels étant bien entendu identiques,on voit qu'un signal courant est prélevé dans chaque phase du réseau de puissance 10 par des transformateurs de courant respectivement 36 pour la phase 1, 38 pour la phase 2 et 40 pour la phase 3. Les transformateurs de courant 36, 38, 40 délivrent des signaux courant r 52 g proportionnels et 1 > 2' r3 en phase avec les courants circulant dans les différentes phases 1, 2 et 3 du réseau. Les signaux courant sont appliqués à des entrées E1, E2, E3 du relais directionnel 18 lequel reçoit de plus des signaux tension U1 > 2; U3 1 respectivement prélevés en- tre les phases 1 et 2, les phases 2 et 3 et les phases 3 et 1.Les signaux tension U1,2; U2,3; U3,1, sont appliqués à des entrées E'2, E') du relais directionnel 18. Chaque signal courant I1, I2, est est déphasé de 1200 en arrière par un déphaseur, schématique- ment représenté sur la figure par des blocs 42, 44, 46, et les signaux déphasés sont appliqués à un discriminateur respectivement 48, 50, 52, lequel reçoit également les signaux de tensions res pectivement U1,2, U2,3, U3,1. Le circuit électronique du discri- minateur 48, 50, 52 est agencé pour faire apparaître à la sortie sl, S2 ou S3 du discriminateur 48, 50, 52 le signal courant déphasé présent pendant les alternances positives du signal tension U1,2, U2,3, U3,1.Les sorties S1, S S3 des discriminateurs 48, 50 52 sont connectées électriquement en série et appliquées à l'entrée d'un intégrateur 54 qui délivre un signal à un relais de seuil 56 à contacts inverseurs 28. Le fonctionnement du relais directionnel, illustré par la figure 2, va être décrit plus particulièrement en référence aux figures 3 et 4. Dans le cas d'un réseau triphasé, équilibré et non déphasé, les signaux T'eut U1,2, disponibles aux entrées E1 et E' du relais directionnel 18, correspondent au schéma vectoriel de la figure 3. Le passage du signal I1 par le déphaseur 42 lui applique un déphasage de 1200 en arrière, indiqué par la flèche sur la figure 3, qui met en phase le signal r1 déphasé et le signal v,3 lesquels signaux sont appliqués au discriminateur 48. Les deux signaux appliqués au discriminateur 48 étant en phase, il est clair que pendant les alternances positives du signal U1,2 le signal courant I1 déphasé de 1200 sera également positif et à la sortie S1 du discriminateur 48 apparalt un signal constitué par une série d'alternances positives.Les signaux obtenus aux sorties et et S3 des discriminateurs 50 et 52 sont également positifs et leur somme ainsi que la composante moyenne déterminée par l'inté- grateur 54 est bien entendu positive. L'intégrateur 54 est avantageusement constitué par un amplificateur opérationnel, qui délivre un état I lorsque la valeur moyenne du signal qui lui est appliqué est négative et un état O lorsque la valeur moyenne du signal appliqué est positive. A l'état 0 du signal délivré par l'amplificateur correspond une position prédéterminée des contacts de l'inverseur 28 du relais de seuil 56, commandé par l'intégrateur. Dans le cas de la figure 3, il a été admis que le sens d'écoulement de l'énergie correspondait au sens de la flèche F3. Si ce sens d'écoulement est inversé, de la manière représentée à la figure 4 par la flèche F4, le signal courant I1 est également inversé. Un déphasage en arrière de 120cl imposé par le déphaseur 42, amène le signal déphasé r1 > en opposition de phase du signal U1,2 et l'on comprend que le signal disponible à la sortie S1 du discriminateur 48 est une série d'alternances négatives. D'une manière analogue à celle décrite ci-dessus, l'intégrateur délivrera un état I, la valeur moyenne du signal qui lui est appliqué étant négative. Le relais de seuil 56 inverse les contacts 28 pour les amener dans la position vers la gauche sur la figure 2. La position des contacts 28 est donc fonction du sens d'écoulement de l'énergie dans le réseau de puissance 10. Afin de notre sensible au sens d'écoulement de l'énergie seulement en cas de surintensité le dispositif pourra etre avantageusement réglé à un seuil supérieur ou égal à 1,2 fois l'intensité nominale. I1 est inutile de décrire les circuits dlectroniques des déphaseurs, discriminateurs et intégrateurs, qui sont d'un type bien connu des spécialistes et peuvent Aetre réalisés d'une manière quelconque. Le fonctionnement du relais directionnel a été décrit dans le cas idéal d'un réseau équilibré et en phase, mais par une sommation des trois signaux S1, S2 et SD, représentatifs de chacune des phases du réseau, le dispositif tient compte du déséqui- libre en tension et/ou en courant, l'intégrateur déterminant la valeur moyenne reflétant le sens d'écoulement de l'énergie. Le système est donc capable de fonctionner aussi bien en régime équilibré, qu'en régime totalement déséquilibré en tension et en courant. Le relais directionnel est sensible à tout court-circuit entre phases, biphasé ou triphasé ou par rapport à la terre. Les circuits électroniques assurent un temps de réponse suffisamment faible pour un aiguillage des ordres de blocage vers les différents disJoncteurs d'un système de protection sélective sans risque de déclenchements intempestifs. L'invention n'est bien entendu nullement limitée au mode de mise en oeuvre plus particulièrement décrit et représenté aux dessins annexés, mais elle s'étend bien au contraire à toute variante. Le relais directionnel selon l'invention peut être appliqué à d'autres circuits que ceux concernant des sélectivités logiques. REVENDICATIONS 1. Relais directionnel pour un réseau électrique polyphasé comprenant pour chacune des phases un capteur délivrant un signal courant proportionnel et en phase avec le courant dans la phase correspondante et un capteur délivrant un signal tension proportionnel et en phase avec la tension entre ladite phase et la phase suivante, caractérisé par le fait qu'il comporte de plus pour chaque phase un déphaseur, qui déphase de 1200 électrique en ar riére ledit signal courant et un discriminateur qui compare le signal courant déphasé audit signal tension et délivre un signal dont la polarité reflète la concordance ou l'opposition en phase du signal tension et du signal courant déphasé et un intégrateur commun A l'ensemble des phases qui intègre la somme des signaux délivrés par les différents discriminateurs et commande un relais de seuil, de manière que la position des contacts dudit relais A seuil soit fonction du sens d'écoulement de l'énergie dans le réseau à l'emplacement du relais directionnel. 2. Relais directionnel selon la revendication 1, carac térisé par le fait que chaque phase comporte un transformateur de courant et un transformateur de potentiel qui délivrent respectivement ledit signal courant et ledit signal tension et que ledit discriminateur est agencé pour transmettre ledit signal courant déphasé pendant les alternances d'une mSme polarité du signal tension et pour éliminer ledit signal courant déphasé pendant les alternances de polarité inverse du signal tension. 3 Relais directionnel selon la revendication 1 ou 2, pour un système de sélectivité logique d'un réseau en boucle subdivisé en tronçons encadrés par des disjoncteurs dont l'ouverture permet d'isoler le tronçon encadré en cas de défaut, caractérisé par le fait que ledit relais de seuil comporte des contacts inverseurs insérés dans le circuit de sélectivité logique, de manière à aiguiller des ordres d'inhibition vers la commande du disjoncteur située en amont par rapport au sens d'écoulement de l'énergie et quel que soit le sens d'écoulement de l'énergie dans le tronçon. 4. Relais directionnel selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que la valeur du seuil dudit- relais de seuil est supérieure d celle correspondant à l'intensité nominale du réseau, de manière à être sensible uniquement en cas de surintensités.