Brevet FR2177467A1 — publié le 19731109

La présente invention a trait à un procédé et à un dispositif pour la détection et la discrimination des défauts susceptibles d'affecter les lignes de distribution d'énergie électrique, notamment au niveau des postes de transformation haute tension/ moyenne tension. Ces défauts nécessitent des mesures de protection et des procédures d'élimination relativement très différentes, qui consistent à agir selon une modalité temporelle appropriée sur l'un ou plusieurs des disjoncteurs de texte prévus entre le jeu de barres du poste de transformation et chacun des départs à moyenne tension qui lui sont associés, ou bien sur un disjonc- teur shunt propre à mettre l'une des phases du réseau à moyenne tension temporairement à la terre, Cette dernière procédure est indiquée lorsque la ligne est affectée d'un défaut monophasé à la terre, et bien que les défauts de ce type puissent également être éliminés par coupure et réenclenchement rapide au niveau des disjoncteurs de tête du départ en défaut, il est différents cas dans lesquels ce dernier mode d'élimination, qui ne nécessite pas de localisation préalable de celle des trois phases qui est affectée du défaut, présente des inconvénients.En particulier, la procédure de réenclen chement rapide nécessite des disjoncteurs présentant peu d'inertie, condition qui n'est pas remplie sur tous les réseaux existant à l'heure actuelle, et ses effets risquent d'entre nuisiblement ressentis dans certains types d'installations industrielles alimentées par le réseau. I1 est donc parfois préférable de faire agir autant que possible un disjoncteur shunt en cas de défaut monophasé à la terre, bien que cela nécessite l'identification du type de défaut (défaut monophasé) ainsi que la localisation de la phase qu'il affecte. Dans le passé, on a utilisé à cet effet des relais électromagnétiques différentiels. Cependant, en raison des dissymétries susceptibles d'exister entre les trois conducteurs de phase d1une même ligne, ainsi que de l'utilisation de plus en plus générale de câbles souterrains, qui-introduisent des capacités considérables, de tels dispositifs, qui topèrent que sur le module des grandeurs vectorielles à comparer, n' assurent pas une discrimination assez fine et assez fiable pour donner satisfaction. C'est pourquoi la présente invention propose un procédé intrinsèquement doté d'une sensibilité et d'une spécificité élevées pour la discrimination de la phase affectée par un défaut monophasé sur une ligne triphasée de transport d'énergie à moyenne tension, ledit procédé se caractérisant en ce qu'il comprend les opérations consistant, à déterminer une fois pour toutes le domaine angulaire dans lequel est compris le déphasage de la tension homopolaire de ladite ligne par rapport à l'argument d'une grandeur vectorielle invariante appropriée, lorsque l'un donné des conducteurs ou groupes de conducteurs de phase de.ladite ligne est affecté d'un défaut monophasé, à comparer la valeur instantanée dudit déphasage à l'une au moins des limites dudit domaine angulaire, et à déclencher des moyens d'intervention associés audit conducteur ou groupe de conducteurs de phase lorsque la valeur dudit déphasage franchit ladite limite dans un sens prédéterminé. On a en effet remarqué que, lorsqu'une ligne triphasée est affectée par un défaut monophasé, le triangle des tensions composées correspondant aux tensions sur ses trois phases ne subit ni déformation ni rotation d'ensemble, mais seulement une translation de vecteur w égal à la tension homopolaire définie par la relation vectorielle VA, VB et Vc étant les tensions correspondant à chacune des trois phases de la ligne. Ilen résulte en particulier que la phase de la différence de deux quelconques des tensions de la ligne, par exemple VB-VA, reste invariante même en présence d'un défaut mo nophasé, les trois tensions VB-VA, Vc-VB et VA-Vc -T restant entre elles déphasées de 1200.On a de plus constaté que le déphasage du vecteur homopolaire Q par rapport à l'une quelconque des tensions composées dépend de celle des trois phases qui est affectée par le défaut monophasé, et que, compte tenu des caractéristiques de la ligne, on peut ainsi déterminer pour le vecteur tension homopolaire Q trois domaines ou secteurs angulaires correspondant à la manifestation d'un défaut monophasé sur l'une respective des trois phases de la ligne.Ces trois domaines angulaires sont espacés entre eux sensiblement de 1200, et la position que vient y occuper le vecteur homopolaire en cas de défaut monophasé dépend de l'importance du défaut et de sa distance par rapport au point de mesure, qui est de préférence le jeu de barres de sortie à moyenne tension d'un poste de transformation HT/MT alimentant plusieurs lignes, D'une façon générale, l'amplitude de la tension homopolaire est d'autant plus grande que le défaut monophasé présente une résistance plus faible, et il peut etre avantageux de conjuguer le critère de déphasage ci-dessus défini avec un critère d'amplitude, pour ne déclencher des moyens de signalisation et d'élimination de défaut monophasé que sous la condition supplémentaire que l'amplitude de la tension homopolaire dépasse un seuil prédéterminé. L'information de phase en défaut obtenue par le procédé selon l'invention peut etre appliquée sur l'une des trois voies de commande d'un disjoncteur shunt de façon à déclencher la mise à la terre temporaire de la phase en déraut, ce qui n'apporte en gEntral pas de perturbations perceptibles par les utilisateurs du réseau. Afin d'augmenter la spécificité d'intervention de ce disjoncteur shunt, il est avantageux de prévoir des moyens de discrimi- nation des défauts biphasés (on entend par défaut biphasé, un défaut biphasé ou biphasé à la terre) et éventuellement triphasés et à inhiber les ordres de déclenchement transmis au disjoncteur shunt en réponse à la manifestation d'un défaut sur l'une des phases lorsque le défaut affecte également l'une ou les deux autres phases, cas où il est plus indiqué d'agir sur le disjoncteur de tate reliant le départ de la ligne perturbée au Jeu de barres à moyenne tension du poste de transformation. Les défauts biphasés à la terre s'accompagnent d'un aplatissement du triangle des tensions composées, ce qui peut satyre mis à profit pour les déceler. En ce qui concerne les défauts triphasés, relativement rares mais très graves, ils s'accompagnent en général d'une diminution considérable des tensions, et leur détection peut se faire en module par des moyens classiques. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description donnée ci-apris à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un diagramme illustrant les domaines angulaires correspondant au déphasage de la tension homopolaire d'une ligne triphasée lorsque celle-ci est sujette à un défaut monophasé affectant l'une ou l'autre des trois phases ; la figure 2 est un schéma fonctionnel illustrant un dispos il tif de discrimination de phase en défaut selon l'invention ;; la figure 3 est le schéma fonctionnel d'un dispositif de discrimination de défauts biphasés susceptible d'trie associé au dispositif de la figure 1 dans un ensemble de détection et d'élimination de défauts selon l'invention ; et la figure 4 est le schéma fonctionnel d'un ensemble de détection et d'élimination de défauts selon l'invention. On se réfèrera maintenant aux dessins, sur lesquels la figure 1 illustre les trois domaines angulaires 11, 12 et 13 qu'occupe le déphasage de la tension homopolaire, prise par exemple au niveau du secondaire d'un transformateur HT/MT alimentant un certain nombre de lignes triphasées (non représentées), lorsqu'un défaut monophasé affecte l'un respectif des trois conducteurs de phase A, B, C (non représentés) de l'une de ces lignes. Comme précédemment indiqué, on peut voir que ces trois domaines sont espacés entre eux d'à peu près 1200 ; chacun de ces trois domaines est repérable par rapport à une origine de phase invariante 17 constituée par exemple à partir de l'une des trois tensions composées. Ces trois tensions sont elles-mêmes déphasées entre elles de 1200 + > g dépendant du rapport des modules des impédances directes et homopolaires du réseau de distribution à moyenne tension vu du poste de transformation0 Les régions angulaires 14 > 15 et 16 séparant respectivement les secteurs 11 et 12, 12 et 13, 13 et ll correspondent, lorsque le module du vecteur homopolaire Vn'est pas négligeable, à l'existence de défauts affectant respectivement à la fois les phases A et B, B et C, et C et A. Le dispositif schématiquement représenté par la figure 2 est destiné à détecter la position angulaire du vecteur tension homopolaire VA par rapport aux secteurs angulaires 11, 12 et 13 de la figure 1 afin de déterminer, s'il y a lieu, celle des trois phases A, B ou C qui est affectée par un défaut monophasé. A cet effet, le dispositif comprend quatre voies 20,21,22 et 23. A l'entrée 24 de la voie 20 est appliquée soit la tension homo polaire Vo obtenue à partir des trois tensions VA,VB V3 et Vc du ré- seau de distribution, soit une tension présentant une relation de phase invariante par rapport à Vo, comme par exemple la tension aux bornes de l'impédance usuellement insérée entre le neutre du secondaire du transformateur du poste de transformation (non représenté) et la terre. La tension ainsi appliquée à l'entrée 24 est traitée par un conformateur 26 délivrant par exemple un signal rectangulaire présentant des fronts de montée et de descente coSnci- dant avec les passages par zéro par valeurs respectivement croissantes et décroissantes de sa tension d'entrée.Ce signal de sortie du conformateur 26 est appliqué à un circuit de temporisation 28 qui est sensible, par exemple, au front de montée des créneaux appliqués à son entrée pour délivrer avec un retard prédéterminé, et de préférence réglable, une impulsion relativement brève, qui sert ainsi à repérer, à une translation éventuelle près, la phase de la tension homopolaire. Aux entrées respectives 31, 32 et 33 des voies 21, 22 et 23 sont appliqués des signaux représentatifs des tensions composées respectives au niveau du jeu de barres du transformateur du poste. Chacune de ces entrées attaque un conformateur respectif 36 qui peut être identique au conformateur 26. La sortie de chacun des conformateurs 36 attaque un circuit de temporisation 37 destiné à former une impulsion rectangulaire dont les fronts de montée et de descente présentent un décalage temporel prédéterminé par rapport au front de montée du signal issu du conformateur 36 correspondant. Un circuit de ce genre est décrit d'une façon plus détaillée dans la demande de brevet français déposée sous le NO 71.38.544 au nom de la même Demanderesse. Les signaux disponibles aux sorties respectives 41, 42 et 43 des conformateurs 37 définissent chacun une fenêtre temporelle représentant un secteur angulaire tel que ceux schématisés sur la figure 1.Les trois tensions composées appliquées aux voies 21, 22 et 23 étant déphasées entre elles sensiblement de 1200, on voit que, si les constantes de temps introduites par les trois circuits 37 sont les mêmes, les secteurs angulaires définis par chacun deux sont tous trois décalés mutuellement de 1200. Les signaux disponibles aux sorties 41, 42 et 43 sont appliquées à l'une des deux entrées d'une porte ET'respective 45 dont la seconde entrée est reliée à la sortie du circuit de temporisation 28, et la sortie de chaque porte ET 45 est reliée à un circuit d'intégration respectif 46 propre à fournir un signal de sortie sensiblement constant lorsque son entrée est excitée à des intervalles relativement brefs du meAme ordre que la période du courant alternatif du réseau.Les sorties respectives 51, 52 et 53 des circuits d'intégration constituent les sorties proprement dites du dispositif et elles peuvent eAtre reliées chacune à l'un respectif des trois circuits de commande d'un disjoncteur shunt non représenté, soit directement, soit par l'intermédiaire -de circuits logiques faisant intervenir des conditions restrictives pour le déclenchement du disjoncteur shunt0 Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 est le suivant : lorsqu'il y a coincidence temporelle entre le signal de sortie du circuit de temporisation 28 avec celui de l'un des circuits de temporisation 38, la sortie de la porte ET correspondante est excitée par courts intervalles de temps dont la fréquence de récurrence est égale à la fréquence du réseau, 'et un signal constant est disponible à la sortie de l'intégrateur 46 correspondant. Si les constantes de temps des circuits de temporisation 28 et 37 sont convenablement réglées, la cotncidence précitée a lieu lorsque le déphasage de la tension homopolaire du réseau est compris dans l'un des trois domaines angulaires 11, 12 et 13 de la figure 1 Le dispositif illustré par la figure 3 est destiné à effectuer la discrimination des phases affectées par un défaut biphasé, et à compléter ainsi les informations fournies par le dispositif de la figure 2. En présence d'un défaut biphasé, on peut montrer que le triangle des tensions composées subit une dérormation, et que celle-ci est due à ce que deux vecteurs symétriques, qui dépendent des caractéristiques directes et inverses du réseau s'ajou- tent, en plus du vecteur homopolaire de défaut, aux tensions disponibles-sur les deux conducteurs de phase affectées par le défaut biphasé.Cette déformation se traduit par une variation du déphasage relatif entre les trois tensions composées, variation dont la détection permet de localiser les deux phases en défaut0 A cet effet, chacune des trois tensions composées préalablement transformée en signaux rectangulaires tels que ceux dis-poni- bles à la sortie des conformateurs 36 du dispositif de la figure 2, est appliquée à un conformateur respectif approprié 60 adapté à fournir, en réponse au passage par zéro par valeurs croissantes de la tension composée correspondante, un créneau de durée légèrement inférieure au tiers de la période du courant alternatif du réseau, correspondant par exemple à une plage angulaire de 1150 environ. Les sorties des conformateurs 60 sont reliées deux à deux aux deux entrées de chacune de trois portes ET 61 dont les sorties sont elles-meAmes reliées deux à deux, par l'intermédiaire d'un intégrateur respectif 62, aux deux entrées de chacune de trois portes ET 63. Les tensions composées appliquées aux entrées respectives 65, 66 et 67 des conformateurs 60 étant respectivement UA= VB-Vc, UB= V-VA, Uc= VA-VB, VA, VB V et VC étant les tensions aux bornes du jeu de barres au poste de transformation. Lors de l'apparition d'un défaut entre les phases A et B, par exemple, le retard de UA sur UB augmente, celui de UB sur Uc augmente aussi, mais moins, tandis que le retard de UC sur UA diminue, et il en va de la même façon, à une permutation circulai- re près, lorsque le défaut biphasé affecte les phases B et C ou C et A, de sorte que les sorties respectives 68, 69 et 70 des portes 63 sont sélectivement excitées respectivement pour un défaut BC, pour un défaut AC et pour un défaut AB. Les signaux ainsi obtenus à la sortie des portes 63 du dispositif de la figure 3 peuvent être utilisés pour agir sur des moyens spécifiques (non représentés), mais aussi pour inhiber les ordres de fermeture du disjoncteur shunt commandé par le dispositif de la figure 2 au cas où se manifesterait un défaut biphasé pour lequel la tension homopolaire Vo coinciderait néanmoins avec l'un des secteurs angulaires caractérisant les défauts monophasés. Sur la figure 4 est représenté un ensemble de discrimination de défauts associant les dispositifs des figures 2 et 3. Pour faciliter la compréhension, les organes du dispositif de la figure 4 qui sont homologues des organes des dispositifs des figures 2 et 3 seront désignés par les mêmes repères numériques. L'ensemble de discrimination de défauts de la figure 4 comprend d'une part un circuit de sélection 70 visant à déterminer celui des départs de ligne à moyenne tension reliés au meAme Jeu de barres qui est affecté par le défaut ; ce circuit peut être du type de celui décrit en détail dans la demande de brevet fran çais N' 71.38.544 déjà citée ; ses cinq entrées 72 sont reliées chacune à un transformateur d'intensité permettant de mesurer l'intensité homopolaire traversant chacun des départs (supposés au nombre de cinq), et d'en comparer la phase à celle du courant traversant le neutre du secondaire du transformateur du poste.A cet effet, le circuit 70 comporte une sixième entrée 73 à laquelle est appliquée la différence de potentiel V'O entre le neutre et o la terre, différence de potentiel qui est liée par une relation invariante au courant traversant le neutre. L'ensemble de discrimination comprend en outre un circuit de discrimination de défauts monophasés 75 et un circuit de discrimination de défauts biphasés 76.Ces deux circuits sont globalement identiques à ceux respectivement décrits en regard des figures 2 et 3 ; ils ont en commun à leur entrée des conformateurs 36 aux entrées 31, 32 et 33-desquels sont appliquées les trois tensions composées du Jeu de barres du poste, tandis que les circuits 70 et 75 sont alimentés en commun par le conformateur 26, du fait que la tension aux bornes du neutre, appliquée à son entrée 73, est également représentative de la tension homopolaire Vo traitée par le circuit 75.Les portes ET 78 du circuit 75 sont homologues des portes ET 45 du dispositif de la figure 2, à ceci près qu'elles comportent dans le cas présent trois entrées au lieu de deux, la troisième entrée ajoutée étant reliée à la sortie d'un circuit OU 80 dont les trois entrées sont reliées chacune à la sortie de l'une respective des trois portes ET 63, ce dont il résulte que lorsqu'un défaut biphasé est décelé par le circuit 76 et que la sortie de l'une correspondante des portes 63 est donc excitée, la porte 80 cesse d'être passante, de sorte que les portes ET 78 sont toutes trois bloquées et qu'aucun ordre de fermeture ne peut donc être transmis aux circuits de commande du disjoncteur shunt (non représenté) associé au circuit 75, même lorsque le déphasage de la tension homopolaire Vo se trouve compris dans l'un des trois secteurs caractérisant un défaut monophasé. REVENDICATIONS 1. Procédé de discrimination de la phase affectée par un défaut monophasé sur une ligne triphasée de transport d'énergie électrique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à déterminer une fois pour toutes le domaine angulaire dans lequel est compris le déphasage de la tension homopolaire de ladite ligne par rapport à l'argument d'une grandeur vectorielle invariante appropriée lorsque l'un donné des conducteurs ou groupes de conducteurs de phase de ladite ligne est affecté d'un défaut monophasé, à comparer la valeur instantanée dudit déphasage à l'une au moins des limites dudit domaine angulaire, et à déclencher des moyens d'intervention associés audit conducteur ou groupe de conducteurs de phase lorsque la valeur dudit déphasage franchit ladite limite dans un sens prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grandeur vectorielle invariante est l'une des trois tensions composées définies à partir des tensions aux bornes de ladite ligne. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à comparer la valeur dudit angle de déphasage à l'une correspondante au moins des limites d'un second et d'un trosième domaines angulaires décalés respectivement d'environ -1200 et d'environ 240e par rapport audit domaine angulaire mentionné en premier lieu, et à déclencher des moyens d'intervention respectivement associés à chacun des conducteurs de phase ou groupes de conducteurs de phase de ladite ligne lorsque la valeur dudit déphasage franchit dans un sens prédéterminé l'une prédéterminée des limites de l'un correspondant desdits domaines angulaires. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'intervention sont constitués par un disjoncteur shunt adapté à relier temporairement à la terre ltun approprié des conducteurs de phase ou groupe de conducteurs de phase de ladite ligne lorsque le déphasage de la tension homopolaire précitée est compris dans l'un correspondant desdits domaines angulaires. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à déterminer si le défaut affectée ou non plus d'un conducteur de phase ou groupe de conducteurs de phase de ladite ligne, et à assortir le déclenchement desdits moyens d'intervention à la condition que ledit défaut n'affecte sensiblement que l'un desdits conducteurs de phase ou groupes de conducteurs de phase. 6o Procédé selon l'une quelconque des revendications préc6- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à comparer l'amplitude de ladite tension homopolaire à un seuil prédéterminé, et à assortir le déclenchement des moyens d'intervention précités à la condition que ladite amplitude soit supérieure audit seuil. 7. Dispositif pour l'application du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ee qu'il comprend un premier, un second et un troisième moyens conformateurs adaptés à former chacun, à partir de l'une respective des trois tensions composées définies à partir des tensions aux bornes de ladite ligne triphasée, un signal en créneau définissant par sa position et sa durée un domaine angulaire prédéterminé dont les deux limites sont calées par rapport à la phase de la tension composée correspondante, les limites dudit domaine angulaire étant choisies de façon appropriée en fonction notamment des caractéristiques de ladite ligne ou du réseau de distribution auquel elle appartient, un quatrième moyen conformateur adapté à fournir des impulsions brèves dont la position temporelle est calée par rapport à la phase d'un signal représentatif de la tension homopolaire dérinie à partir des tensions aux bornes de ladite ligne triphasée, ainsi qu'un premier, un second et un troisième moyens de comparaison respectivement sensibles à la coInci- dente temporelle entre lesdites impulsions brèves d'une part et l'un correspondant desdits signaux en créneau, d'autre part, pour transmettre un ordre de commande propre à signaler s'il y a lieu celui des trois conducteurs de phase de ladite ligne qui est affecté par un défaut monophasé. 8o Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un disjoncteur shunt dont chacun des trois circuits de commande est relié à la sortie de l'un respectif des trois moyens de comparaison précités, de façon à provoquer temporairement, s'il y a lieu, la mise à la terre de celui des conducteurs de phase de ladite ligne qui est affecté par un défaut monophasé. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de discrimination de défauts biphasés, et des moyens propres à inhiber la réponse des moyens de comparaison précités lorsqu'un défaut biphasé est décelé par ledit circuit de discrimination de défauts biphasés. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisd en ce que ledit signal représentatif de la tension homopolaire est la différence de potentiel entre le neutre du transformateur alimentant ladite ligne triphasée et la terre.