Brevet FR2160459A1 — publié le 19730629

La présente invention concerne un procédé d'dchelon- nement sélectif d'interrupteurs de puissance limiteurs de courant qui présentent un système de déclenchement extrêmement rapide qui, d'une part, ouvre les pièces de commutation inddpendamment de la serrure de commutation et, d'autre part, libère cette dernière. Il est connu tant dans les réseaux de distribution de haute tension qu'galement dans les réseaux de distribution de basse tension d'effectuer un éohelonnement sélectif des interrupteurs de puissance montés en surie. Les retards de déclenche- ment sont alors échelonnés dans le temps de telle manière que l'interrupteur placé le plus près du point d'alimentation subisse le plus grand retard.Ce procédé comporte de groa ineon- wdniente, en particulier celui que lors d'un court-circuit im- médiatement derrières l'interrupteur d'alimentation, par exemple dans le système de barres connectrices suivant ou derrière l'interrupteur à retard de temps maximal, le courant de courtcircuit supérieur se prdsentant peut passer pendant un temps prolongé jusqu'à ce que le retard de coupure réglé fasse ouvrir l'interrupteur. Irais, dans l'intervalle, les parties de l'ins- tallation et les instruments de commutation même sont complètement exposés aux actions thermique et dynamiques proportionnelles au carré du courant des courts-circuits. Ces sollici tations peuvent bien être calculées à l'avance mais on ne peut y pallier que par une conception très peu dconomique des ins- tallations. Il y a toutefois moins de possibilités de prévoir une protection contre l'action destructrice d'un arc de courtcircuit s'exerçant alors également pendant un temps prolongé. Pour empêcher ces actions nuisibles du court-circuit et de l'arc du court-circuit et pour permettre de donner aux instal- lations muses des dimensions économiques, on a étudié des dis- positifs de commutation limiteurs de courant qui coupent le circuit immédiatement après la production d'un court-circuit et qui influencent en même temps la valeur et la durée du courant de court-circuit. Un inconvdnient est toutefois que tous les dispositifs montés en série fonctionnent et coupent le circuit lors de la production d'un court-circuit. On remédie à cet inconvénient par un procédé par lequel il est rendu possible au bout d'un temps de plieurs 100 ms ras après le déclenchement par suite d'un eourt-cirouit d'effectuer une refermeture normale du circuit en passant par la commande de façon analogue aux procédés utilisés dans les réseaux à haute tension et moyenne tension. Mais cet intervalle sans tension qui se produit conduit w la chute de tous les relais et au fonctionnement des dispositifs de déclenchement en cas de sous-tension, de sorte qu'il se produise comme conséquence secondaire des perturbations de toute l'alimentation en dner- gie. En outre, la dépense entraînée par ce dispositif est très élevée. On connaît encore des interrupteurs de puissance à courant triphasé comportant un dispositif électro-dynamique ou électro-magnétique de déclenchement qui sert tant au décli quetaOe de la serrure qu'également à la mise en contact brusque des divers piles du système de contact. La coupure limitant le courant et, par suite, ses avantages doit être empochée suivant un autre procédé connu par Dlocaoe de ce dis- positif de déclenchement et le déclenchement doit outre effectué en passant par un autre déclencheur à retard.Un autre dispositif vise à élever la valeur de fonctionnement des déolencheurs rapides lors d'un déclenchement en cas de court-circuit par rapport au déclenchement se produisant avec un talonnement à courant alternatif symétrique. triais ceci ne réussit que dans un très petit rapport et ne suffit pas pour un échelonnement vraiment sélectif. D'autres procédés prévoient un échelonnement courant-temps dans la gamme de courant au-dessous de la valeur de fonctionnement des déclencheurs électriques dynamiques très rapides produisant la coupure limitant le courant. Mais on ne peut obtenir par là une sélectivité que dans une basse gamme de courant de court-circuit. lies inconvnients déjà indiRuds d'un échelonnement sé- lectif d'interrupteurs de puissance classique par un échelonnement des temps de retard de coupure dans les étagesde, par exemple, 100 ms ne peuvent pas autre évites avec ce procédé et dispositif connus. A ces inconvénients d'une langue durde cle court-circuit et d'une longue durée d'allumage d'un arc de court-circuit s'ajoute pue tous les instruments non encliquetés à commende magnétique ainsi que les dispositifs de déclenchement à soustension tombent par l'abaissement important et prolongé de la tension également dans les parties de l'installation non touchées directement par le court-circuit. Une refermeture immédiate du circuit après cet abaissement de tension conduit à une forte absorption de courant des moteurs en court-circuit ou à bagues collectrices principalement utilisés car, pendant la durée du court-circuit, la vitesse de rotation des moteurs diminue, mais il reste un champ rémanent et, lors du retour de la tension, le champ de stator de nouveau imprimé par le réseau est en opposition de phase avec le champ rémanent existant encore dans le rotor. I1 en résulte de forts courants d'inversion d'aimantation qui peuvent avoir quatorze fois la valeur du courant nominal du moteur. 2ar suite, tous les interrupteurs du moteur et fusibles seraient coup59 ou Szzlenchds en 9me temps.La distribution d'énergie serait aussi interrompue par ces conséquences secondaires d'un court-circuit dans des trbs grandes parties de l'installation. M8me en utilisant des interrupteurs de puissance limiteurs de courant à refermeture imnddiate par la commande à distance normale, ces gros défauts ne pourraient pas être éliminés. L'invention supprime les inconvénients des procédés connus d'échelonnement sélectif d'interrupteurs de puissance li licteurs de courant. L'invention crée un procédé d'échelonnement sélectif d'interrupteurs de puissance limiteurs de courant dans lesquels les avantages de la coupure limitant le courant, donc une dimi- nution décisive, tant de la valeur qu'dgalement de la durée du courant de court-circuit restent maintenus mais avec en plus la possibilité de maintenir une véritable sélectivité de courtcircuit, avec pratiquement aucune influence sur les parties dtinotallation voisines non touchées par le court-circuit. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu du fait que,dans les interrupteurs de puissance montés en série S1, S2, S3, le commandement de déclenchement donné par le système de déclenchement extrmement rapide à la serrure d'interruption de 1' inerrupteur de puissance de chaque cas est étagé vers le point d'alimentation à chaque fois de la durée d'une demi-onde avec au moins jusqu'au passage suivant du zéro de courant dans une phase, que la serrure de déclenchement de chaque cas n'ouvre mécaniquement l'interrupteur qu'après ce retard dans une demi onde de courant suivant et qu'indépendamment à ce retard les pioches 3e commucation s'ouvrent par le systéme de déclenchement rapide de c.lalue cas après production du court-circuit dans le sens d1un limitation de courant et se referment au plus tôt lors du passage suivant au zdro~de courant.Le fonctionnement de l'interrupteur de puissance limiteur de courant repose sur le fait qu'immédiatement après la production du court-circuit les contacts s'ouvrent et, par suite, des arcs sont branchés dans le circuit qui imposent de nouveau une limitation de courant du court-circuit et une extinction plus rapide On utilise à cet effet les forces électrodynamiques à l'endroit des contacts m!me ou des déclencheurs rapides supplémentaires lui utilient des forces lectromagnétiques ou électrodynamiques puis, d'une part, ouvrent brusquement le contact et, d'autre part, décliquettent, en meme temps, la serrure de commutation.Pour obtenir une coupure sélective dtun interrupteur monté en avant, il suffirait donc selon l'invention de retarder le commandement de déclenchement à la serrure de commutation de cet interrupteur de puissance monté en avant à chaque fois d'un laps de temps correspondant à un multiple d'une demi-onde de courant alternatif ou du laps de temps s'écoulant jusqu'au passage suivant dans chaque cas par le zéro de courant, mais sans empocher l'ouverture des contacts limitant le courant. Suivant un développement de l'invention, le retard entre le fonctionnement du système de déclenchement rapide et le déclencheur de la serrure de commutation peut autre rendu dépendant pour la durée d'une demi-onde de courant ou pour le temps de coupure total d' un interrupteur de la valeur non influencée du courant de court-circuit ou de la nature abrupte de la courbe de montée du courant ou d'autres paramètres caractérisant la valeur possible du courant de court-circuit. 'invention est expliquée en détail ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation illustrés aux dessins annexés, dans lesquels Co signifie contacts, Ou ouvert et Pe fermé. La fig. 1 est un schéma par bloc des interrupteurs de puissance limiteurs de courant montés en série. lia fig. 2 montre 11 allure des trois courbes de courant et de tension sur les interrupteurs de puissance de chaque cas lors d'un court-circuit dans le consommateur. La fig. 3 montre l'allure de deux courbes de courant et de tension passant par les interrupteurs de puissance de chaque cas lorsque le court-circuit se produit entre les auto interrupteurs associés au consommateur et montés en amont. la fig. 4 montre les trois positions d'ouverture et de fermeture des contacts des interrupteurs de puissance de chaque cas correspondant à une chute de court-circuit suivant la fig. 2. La fig. 5 montre les trois positions d'ouverture et de fermeture des contacts des interrupteurs de puissance de ohaqa. cas correspondant à une chute de court-circuit suivant la fig. 3. La fig. 6 illustre le critère de la nature abrupte de la montée du courant au moyen de trois courbes. La fig. 7 illustre l'allure de deux courbes tensioncourant sur les interrupteurs de puissance de chaque cas lorsque le court-circuit se produit entre l'auto-interrupteur associé au consommateur et l'auto-interrupteur monté en amont. Les références utilisées dans les schémas ont les significations suivantes i = courant de fonctionnement normal ik = courant de court-circuit non limité ib = courant de court-circuit limité uw = tension de retour ub = tension d'arc ts = temps de fermeture des contacts e = allure abrupte de la montée du courant On considère tout d'abord l'exemple de réalisation représenté à la iig. t. Les interrupteurs de puissance, limiteurs de courant, montés en série dans un réseau sont désignés par S1, S2, S3 et l'endroit du court-circuit possible par K1, K2 et 3. À l'interrupteur S1 encan de court-circuit, le coi- mandement de déclenchement est transmis sans retard par le déolencheur rapide à la serrure de commutation; dans le cas de l'interrupteur 327 le retard du commandement de déclenchement entre le fonctionnement du déclencheur rapide et l'encliquetage de la serrure de commutation doit autre de 10 ms et dans l'inter- rupteur de puissance S3 de 20 ms. Lors d'un court-circuit à l'endroit possible K1, les déclencheurs rapides fonctionneraient dans tous les trois interrupteurs et par l'ouverture des contacts des arcs seraient tirés dans ce circuit. Etant donné que plusieurs arcs sont en série, le courant de court-circuit est ici supplémentairement abaissé plus fortement que ce serait le cas lors de l'ouverture d'un seul interrupteur.Après le passage par zéro du courant et extinction de l'arc de l'interrupteur S1, les dispositifs de'déclenchement rapide retombe dans les interrupteurs S2, S3 à leur position de repos, les contacts se ferment de nouveau sous l'action des forces des ressorts de contact s'exerçant sur eux, les interrupteurs S2 et 53 restent par suite enclenchés. Si le court-circuit se produisait à l'endroit h , les interrup- teurs S2 et S3 montés en série s'ouvriraient et limiteraient aussi automatiquement le courant du court-circuit. Toutefois, seulement après 10 ms ou après le premier passage au zéro du courant, le commandement de déclenchement serait donné à la serrure de commutation de l'interrupteur S2, de sorte que les contacts de l'interrupteur S2 se refermeraient, mais se rouvriraient im médiatement sous l'action des forces de repoussée des contacts et seraient conduits par la serrure de commutation dans la position de coupure définitive.Par le retard du commandement de déclenchement de l'interrupteur 53 de 20 ms ou du temps ae deux demi-ondes de courant, les contacts se refermeraient de nouveau de façon analogue et resteraient fermés. On obtient ainsi à coté des avantages de la limitation de courant une véritable sélectivité, car la baisse de tension dans le cas de court-circuits dans l'interrupteur S1 ne serait que d'environ 10 ms, dans l'interrupteur S2 que d'environ 20 ms et dans l'interrupteur 53 que d'environ 30 ms, contrairement à l'é- chelonnement courant-temps rigide usuel de, par exemple, 100-200400-500 ms et plus. En outre, la baisse de tension ne prendrait pas de loin la même valeur que lors de ltutilisation de la sélectivité classique avec des interrupteurs de puissance habituels qui ne peuvent avoir aucune influence sur la valeur du courant de court-circuit. Par la limitation de courant du court-circuit qui augmente fortement dans le cas du montage en série de plusieurs interrupteurs de puissance limitateurs de courant,la tension est abaissée de façon peu importante, de sorte qu'à la fois par le court temps de cet abaissement de tension qu'égalenent par la faible diminution de tension ni des relaies ni des déclencheurs de sous tension ie tombsraisfl' ou ne fonctionneraient et que d2s les moteurs la vitesse Re rotation ne diminuerait pas trop puisque, par suite, l'ensemble du reste du réseau non touché par le courtcircuit serait mis hors de fonctionnement. 'avantage particulier du dispositif selon l'invention réside surtout dans ltuti- libation des propriétés limitant le courant de tous les interrupteurs montés en série sans que ceux-ci tombent dans la position de coupure.Un perfectionnement du procédé conforme à l'invention pour l'échelonnement sélectif d'un interrupteur limiteur de courant et, en outre, une autre possibilité d'une meilleure utilisation des propriétés de limitas on de courant résident en ce que le retard du commandement de déclenchement sur la serrure de commutation est rendu pendant de la nature abrupte de la courbe d'utilisation du courant de court-circuit ou d'autres paramètres caractérisant le lieu du court-circuit. Un exemple de réalisation de ce genre est représenté aux fig. 6 et 7. Par suite, lors d'un court-circuit aux endroits E2 ou X3, l'interrupteur concerné S2 ou S3 pourrait interrompre imm4- diatement cosse interrupteur limiteur de courant le courtcircuit jusqu'cru premier passage zéro de courant suivant.Des différences de la valeur du courant sont très fortement exprimées en fonction du lieu du court-circuit car, d'une part, la valeur du courant est différente en fonction de la réactance de la dérivation en court-circuit et, d'autre part, en présence d'un court-circuit à l'endroit E1, il se produit par l'ouverture des interrupteurs en série une autre baisse tant de l'allure abrupte qu'salement du courant du court-circuit. Lorsqu'un courtcircuit se produit -dans la sortie du réseau, à l'endroit K1, les contacts de tous les interrupteurs limiteurs de courant montés en série s1 ouvriraient immédiatement et l'interrupteur S1 atteindrait par le déclenchement de la serrure de commutation la position de coupure.Dans les interrupteurs S2 et S3, les contacts s'ouvriraient immédiatement, le commandement de coupure serait retard8 de façon analogue de 10 ms ou du temps jusqu'au passage suivant par le zéro de courant ou du temps de coupure total par l'interrupteur 31. après coupure du court-circuit par l'interrupteur S. les contacts des interrupteurs S2 et S3 se referment, les sys tees de déclenchement retombent dans la position de repos et, par suite, les interrupteurs S2 et S3 restent dans la position fermée. Lors d'un court-circuit à l'endroit K2 avec une montée abrupte de courant 2, le commandement de déclenchement dans l'interrupteur S2 serait transmis aans retard à la serrure de coanutation et ouvrirait en limitant le courant et sans retard l'interrupteur S2. La fig. 6 illustre l'allure de la courbe de courant pour ce cas.La montée abrupte critique pour une ouverture :iou retardée de l'interrupteur S3 ne serait pas atteinte et, par conséquent, le commandement de coupure par l'interrupteur S3 serait retardé d'environ 10 ms. Les contacts de l'in- terrupteur S3 se refermeraient après une ouverture avec liai- tation de courant et resteraient dans cette position de fermeture.Si la montée abrupte critique de la courbe de courant de court-circuit C3 était dépassée par un court-circuit à l'endroit K3 pour l'interrupteur S3, le retard du commandement de coupure à la serrure de commutation deviendrait aussi inactif et l'in- terrupteur 53 interrompait, en en limitant le courant de la manière désirée, le court-circuit dans les 10 ms ou dans le premier passage subséquent au zéro de courant. Par eonséquent, l'invention allie efficacement une véritable sslectivitd aux avantages de la coupure limitant le courant. Malgré la sélectivité, la durée du court-circuit n'est pas plus longue que le temps jusqu'au passage subséquent au zéro de courant. Ce n'est que lors d'un non-fonctionnement de l'interrupteur monté en amont, par exemple S1, que le courant de courtcircuit passerait sur une nouvelle demi-onde et serait ensuite coupé par l'interrupteur S2. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'échelonnement sélectif d'interrupteurs de puissance limiteurs de courant qui présentent un système de déclenchement extrêmement rapide qui, d'une part, ouvre les pièces de commutation indépendamment de la serrure de commu- tation et, d'autre part, libère cette dernière, caractérisé en ce que, dans les interrupteurs de puissance montés en série S1, S2 S3, le commandement de déclenchement donné par le sys- tWme de déclenchement extrSrnement rapide à la serrure d'interruption de 1'S::terrupteur de puissance de chaque cas est étagé vers le point d'alimentation à chaque fois de la durée d'une demi-onde aveo au moins jusqu'au passage suivant du zéro de courant dans une phase, en ce que la serrure de déclenchement de chaque cas n'ouvre mécaniquement l'interrupteur qu'après ce retard dans une demi-onde de courant suivant et en ce qu' in- dépendamment à ce retard les pièces de commutation s'ouvrent par le système de déolenoherent rapide de chaque cas après pro du tion du court-circuit dans le sens d'une limitation de courant et se referment au plus tôt lors du passage suivant au zéro de courant. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le retard entre le fonctionnement du dispositif de déclenchement rapide et le déclenchement de la serrure de commutation pour la durée d'une demi-onde de courant ou pour le temps total de coupure d'un interrupteur est rendu dépendant de la valeur non infl.ncée du courant de court-circuit ou de la montée abrupte du courant ou d'autres paramètres caractérisant la valeur possible du courant de court-circuit.