Brevet FR2232117A1 — publié le 19741227

L'invention concerne un circuit de mesure de pErturbation de Kase rouir un dispositif cie protection de réseau électrique, coprenant un circuit d'entrée avec deux sorties qui sont asso citées a une première tension de mesure, en particulier à une tenson de référence dérivée de la tension du réseau, et à une seconde tension de mesure, en particlllier à une tension de mesure dérivée d'une tension de réseau et d'un courant accidentel (trouvant son origine dans la cause de la perturbation) ou seulement d'un tel courant accidentel, et comprenant en outre un convertisseur de signaux auquel sont amenées la première et la seconde tension de mesure , et qui engendre à partir d'elles un signal de sortie dépendant notamment de la distance entre le point de mesure et le point où siège un dérangement, ou le sens du dérangement. nes circuits de mesure ou des installations de mesure pour déterminer la position de phase relative de deux tensions de mesure sont utilisés dans la technique de la protection des réseaux électriques pour la détermination de la distance entre le point où a apparu un dérangement dans le réseau à surveiller, et le point de mesure et pour déterminer le sens du dérangement par rapport au point de mesure.Dans les installations habituelles de ce genre, on emploie un relais électromécanique à champ tournant (relais dit CK.) dont les bobines de champ électriquement sépares, disposées de manière à former un angle l'une avec l'autre, sont soumises d'une part à une tension de référence dérivée d'une tension de réseau saine, et d'autre part, à une tension de mesure dérivée d'un courant accidentel en association avec une impédance d'équilibrage et une tension de réseau troublée. ne sens du couple de rotation d'un tel relais dépend du signe du décalage de phase entre les deux tensions ( qui seront dites ci-après, pour abréger, première et seconde tension de mesure), et la Grandeur du couple de rotation dépend de la grandeur de l'angle relatif des phases.En association avec un orgare a-ortiscear et un circuit d'évaluation à échelonnement dans le temps, ainsi qu'avec un circuit de déclenchement qui lui fait suite, o. eut obtenir une localisaticr. du défaut dans l'espace et un débranchement sélectif correspondant de la partie troublée du réseau.Le choix qui s'impose alors d'une phase de réseau saine pour engendrer la tension de référence et d'une phase troublée pour saisir le courant accidentel et la tension accidentelle dans le but de la production de la seconde tension de mesure, se fait au moyen d'un circuit excitateur qui assure aussi bien la surveillance des dérangements proprement dite que le branchement du relais aux phases correspondantes. Le but de l'invention est de procurer un circuit électronique de mesure de phase qui se distingue des installations de mesure de phase connues, non seulement par les avantages en matière de dépense de construction, d'encombrement, etc., de la technique des circuits électroniques, mais en particulier aussi par la large indépendance à l'égard des amplitudes des tensions de mesure considérées ainsi que de leurs ondes harmoniques , et par une insensibilité correspondante aux troubles.La solution de ce problème suivant l'invention se caractérise dans un circuit de mesure du type précité, par le fait que le convertisseur de signaux colporte un circuit de logique sollicité par la première et la seconde tensin de mesure et qui, à sa sortie, délivre au moins un signal de progression dans le temps dépendant du décalage de phase entre la première et la seconde tension de mesure, tandis que, raccordé à la sortie du circuit de logique, se trouve un circuit d'intégration qui, à la fin d'au moins un intervalle de progression dans le temps, fournit un Signal de sortie dépendant du déphasage entre la première et la seconde tension de mesure.On obtient ainsi d'abord une conversion du décalage de phase entre les deux tensions de mesure, en un signal de progression dans le temps, ctest-à-dire en un élément de signal ou une suite de tels éléments de signaux dont la durée constitue chèque fois une mesure du déphasage cherché. L'information de mesure proprement dite est ainsi contenue dans ce signal de progression dans le temps, dans la durée de chaque fois un intervalle de progression dans le temps. Parce que l'information, dans cette réalisation, nepeut être mise à profit sans plus pour le déclenchement, on proMit une conversion en un signal d'amplitude par intégration sur un intervalle de progression dans le temps ou sur une multiplicité d'intervalles de pro gression dans le temps consécutifs. Comme grandeur à intégrer, on peut employer alors en principe une grandeur indépendante de l'amplitude d'entrée des tensions de mesure, de sorte que l'indépendance à l'égard des amplitudes ( à laquelle on vise) est réalisée au plus haut point.D'autre part, il suffit en général pour des buts pratiques, d'intégrer un signal trapézoidal ou approximativement rectangulaire, dérivé de la limitation d'amplitude des tensions de mesure, avec des intervalles de progression dans le temps correspondants, de sorte que l'on obtient, également avec une approximation suffisante en général, une indépendance parfaite à l'égard des amplitudes. Même lorsque les amplitudes d'entrée, en cas de dérangement, sont diminuées au point qu'aucune limitation n'est plus active, on peut encore en principe avoir une conversion, par intégration, des intervalles de progression dans le temps en valeurs d'amplitudes correspondantes. Le montage conserve donc, mdme dans un tel cas, son aptitude fonctionnelle. Suivant un développement avantageux de l'invention, le circuit de logique pour la première et la seconde tension de mesure comporte chaque fois un canal de traitement de signal qui comprend chaque fois un circuit conformateur de signal, limiteur d'amplitude, par exemple un amplificateur à limitation d'amplitude, un générateur d'impulsions rectangulaires ou un circuit de ce genre.Dans la partie de sortie de l'un des canaux de traitement de signal se trouve un étage additionneur sollicité à l'entrée par le signal de sortie du circuit conformateur de signal de ce canal lui-mdme et de l'autre canal ; et dans la partie de sortie de l'autre canal de traitement de signal se trouve un étage soustracteur sollicité à l'entrée par le signal de sortie du circuit conformateur de signal de ce canal luimême et de l'autre canal Les sorties des deux canaux de traitement de signal sont alors raccordées, avec effet soustractif, à l'entrée du circuit dtintégration suivant. Avec un tel montage, on a, à l'entrée du circuit d'intégration (avec une approximation dépendant plus ou moins du degré d'amplification et de la limitation d'arplitude), une suite d'impulsions rectangulaires alternantes avec un taux d'impulsions qui constitue une mesure du déphasage cherché.Abstraction faite des cas de concordance de phase et d'opposition de phase, l'intégration donne lieu à une courbe à bosses triangulaires montante ou descendante, suivant le signe de déphasage, dont la valeur instantanée à la fin d'un nombre prédéterminé d'intervalles de progression dans le temps, c'est-à-dire de périodes de la suite d'impulsions rec- tangulaires alternantes, représente une valeur moyenne du déphasage sur ledit nombre de périodes ou sur le temps d'intégration correspondant. I1 en est de même aussi pour les cas limites de la concordance de phase et de l'opposition de phase , mais on obtient alors une droite montante ou descendante. Dans le cas d'un déphasage rectangulaire, on obtient une courbe bosselée horizontale.En principe, il est possible aussi de n'intégrer chaque fois que sur une seule période, auquel cas, à vrai dire, des manifestations perturbatrices éventuelles intervenant encore, apparàissent plus frappantes, mais où d'autre part, on obtient une représentation non différée du déphasage. D'autre part, l'intégration sur un intervalle de temps donné permet-de représenter avec amortissement le comportement d'un relais à champ tournant , ce qui donne immédiatement un signal approprié au déclenchement avec échelonnement dans le temps. On prévoit avantageu- sement à cette fin, suivant un développement de l'invention, pour le circuit intégrateur, un dispositif de remise à zéro qui peut entre déclenché en dépendance de l'écoulement d'un intervalle de temps prescrit.D'autre part, il est possible cependant aussi d'étendre le processus d'intégration jusqu'à la disparition du signal de défaut ( ou signal d'origine accidentelle) qu'il s'agisse d'une disparition effective du dérangement dans le réseau ou du processus de débranchement déclenché -, et alors, en dépendance d'un signal correspondant qui caractérise la disparution du dérangement qui détermine les mesures, de déclencher la remise à zéro. N D'autre part, éventuellement aussi, on peut déclencher une remise à zéro du circuit intégrateur lorsque le signal intégré a atteint une valeur limite de tension prédéterminée. Ceci est à considérer particulièrement dans le cas où le circuit ne doit titre employé que pour déterminer le sens du dérangement. A décrira l'invention ci-après à l'aide d'un exemple de foré e réalisation, en considérant les dessins; sur ceux-ci on voit, en - Figure 1, une représentation fonctionnelle d'ensemble d'un dispositif de protection de réseau, utilisant un circuit de mesure de perturbation de phase suivant l'invention - figure 2, un montage de principe du circuit de mesure; - figure 3, un pontage particulier du circuit de mesure avec les éléments de circuit essentiels ; et en - figure 4, un schéma de signal rapporté au temps, pour l'exposé du fonctionnement du circuit de mesure. A la figure 1, on a représenté un système triphasé de barres collectrices 1 avec une branche divergente 2 et un disjoncteur de puissance 3 correspondant. La branche dérivée 2 est raccordée par un ensemble de convertisseurs de courant 4 et de convertisseurs de tension 5 à deux montages excitateurs 6 et 7 ainsi qu'à un circuit sélecteur 8.De façon conique en soi et n'appartenant pas proprement à l'invention, les montages excitateurs produisent, en dépendance des surintensités et des chutes de tension ou de circonstances anormales des tensions entre phases, la mise en activité du circuit sélecteur 8 qui, en luimême, choisit, par exemple de façon connue en soi, les phases saines et les phases défectueuses du réseau pour la fcrmation de deux tensions de mesure pour la détermination de la direction de la distance des défectuosités.Au circuit sélecteur 8 est en conséquence relié un émetteur de tension de référence 9 t un émetteur de tension de mesure d'erreur 10 qui, en association avec le circuit sélecteur, constituent le montage d'entrée dans le sens de l'invention pour la détermination de phase qui fait suite. Cn désignera par exemple la tension de référence comme première tension de mesure U1 et la tension de mesure d'erreur comme seconde tension de mesure U2, comme ndiqué aux deux sorties correspondantes du circuit d'entrée à la figure 1.Ces deux tensions de mesure sont amenées à des entrées correspon dantes c'un convertisseur de signal 11 qui fournit à sa sortie un signal dent l'amplitude correspond au déphasage entre les deux tensons de mesure et qui commande un circuit de seuil 12. Lors du déplacement d'une valeur de seuil ainsi donnée, il y a excitation d'un relais de déclenchement 13 qui commande le dis åoncteur 3 par un,contact correspondant et qui débranche les conducteurs de dérivation 2. A la figure 2, on a représenté la construction de principe du convertisseur de signal 11 avec des tensions de mesure d'entrée U1 et U2 ainsi que deux canaux de traitent de signal correspondants I et II. Les deux tensions de mesure parviennent, par l'intermédiaire d'étages de filtre F1 et F2, introduits en principe pour l'élimination des harmoniques, à chaque fois un premier étage de limitation Ch1 et Ch2 ainsi qu'ensuite, par l'intermédiaire d'un transformateur de séparation, à chaque fois un étage amplificateur V1et V2.Il s'y raccorde chaque fois un autre étage amplificateur et limiteur comme circuit conformateur de signal Sf1 et Sf2, qui fournissent à la sortie, dans des conditions d'amplitude normales, des suites d'impulsions appro ximativement rectangulaires, avec une position de phase relative correspondant aux tensions de mesure U1 et U2. Puis fait suite un circuit de logique V dans lequel les suites d'impul s sions précitées des deux canaux de traitement de signal sont combinées l'une à l'autre de manière additive et soustractive, et cela par amenée combinée alternative de ces suites d'impulsions à un étage d'addition A et à un étage de soustraction S. Après redressement, on obtient ainsi aux sorties a et s deux suites d'impulsions de polarités opposées, complémentaires dans le temps, avec le même taux dtimpulsions qui sont additionnées sur des résistances sommatrices R1et R2 à l'entrée d'un circuit intégrateur subséquent It monté en intégrateur de Miller, et qui sont intégrées sur une durée déterminée. On obtient ainsi à la sortie du circuit intégrateur une courbe à bosses ou une droite montante, descendante ou restant au même niveau, dont la valeur instantanée à la fin d'un temps d'intégration fixe constitue une mesure de la valeur moyenne du déphasage entre les deux tensions de mesure sur ce temps dtintégration. Un dispositif de rétablissement R5 qui, dans le cas de l'exemple est constitué par un transistor à effet de champ dont l'entrée de commande est indiquée par r, produit à la fin du temps d'inté gration prévu la décharge de la capacité de contre-réaction et ainsi le rétablissement de l'état initial, Ce rétablissement est conlmandé par exemple par une minuterie 14 qui, suivant la figure 1, est commandée par les circuits de surveillance 6 et 7 suivant l'apparition ou la disparition d'un signal d'erreur qui déclenche la mesure. I1 est possible éventuellement, comme indi qué en tirets à la figure 1, erariante, de commander le rétablissem nt directement aussi à l'aide d'une porte en principe inverseuse 15, sans organe temporel, suivant l'apparition et la disparition d'un signal d'erreur. La figure 3 montre en détail la structure des circuits conformateurs de signal Sf1 et Sf2 ainsi que l'étage d'addition A et l'étage de soustraction S. Les deux circuits conformateurs de signal sont structurés de la même façon et c'est la raison pour laquelle on s'est borné à représenter le dispositif du canal de traitement de signal I. D'après cela, le circuit conformateur de signal est constitué essentiellement d'un amplificateur opérationnel à forte amplification V3 dont la sortie est raccordée à la prise d'un diviseur de tension symétrique Ti entre les bornes de tension continue opposées et symétriques T 1 et T2, et des deux branches de diviseur de tension de polarités opposées correspondantes présentant chacune une contre-rdaction en passant par les diodes de polarités oposées D1 et D2 n correspondance avec la tension de saturation de ces diodes, le signal de sortie est limité à une valeur de tension relativement faible, ce qui, en co;ltbinaison avec une fort & amplification, donne une bonne approximation d'une forme d'impulsion rectangulaire ou trapé zoidale. L'étage d'audition h qui fait suite est constitué essentiellement d'un arrlificateur opérationnel V4 à l'entrée duquel est amené le signal d'entrée rectangulaire U1 et, par le conducteur 6, le signal d'entrée rectangulaire U2 et qui, à sa sortie, comporte les diodes redresseuses D3.Avec une ii.versicn correspondant à l'étage de soustraction S qui comprend essentiellement un a. plific$'t ur inverseur V5 et un autre amplificateur V6, parvient directement le signal d'entrée U2, et par l'intermé diaire du conducteur 17, le signal d'entrée U1, le premier signal cité 'passant par l'amplificateur inverseur V5 et le dernier directement à l'amplificateur V6 qui se termine à nouveau sur des diodes redresseuses D40 On obtient alors aux sorties a et s les suites d'impulsions de polarités opposées, complémentaires, dont il a déjà été question. On expliquera le fonctionnement à l'aide de la figure 4. Sur celle-ci on a, aux lignes a et b, les tensions deiesure U et U2 et aux lignes c et d , les suites d'impulsions U1 et U2 représentées -de manière idéalement rectangulaire et que l'on obtient par amplification élevée et limitation. Les lignes e et f qui font suite se rapportent aux suites d'impulsions|U1 + U2 i et - lUr - U2 | obtenues par addition et soustraction alternatives ainsi que par redressement sur les deux alternances ( la dernière par l'inversion par v5), et à la ligne g, on voit la suite d'impulsions alternantes effective , avec le même taux d'impulsions, apparue à l'entrée de l'intégrateur, produite par superposition additive des deux suites d'impulsions précédentes, cette suite d'impulsions représentant le déphasage entre U1 et U2. Puis suit à la ligne h le signal de sortie intégré dont la valeur instantanée à la fin du temps d'intégration T0 donne la valeur moyenne du déphasage sur cet intervalle de temps. Be déclenchement avec élimination du dérangement se fait par exemple lorsqu'est atteinte une valeur limite prescrite W. le rétablissement se fait chaque fois au bout du temps To ou en dépendance des critères évoqués précédemment. A la ligne h , on a indiqué au surplus l'échelle des am- plitudes pour les angles de phase IF entre V1 et U1 avec les valeurs limites de 0 et de 1800 pour la coincidence de phase et pour l'opposition de phase, ainsi que les droites limites cor- respondantes. REVENDICATIONS 1.- irait de mesure de perturbation de phase pour un dispositif de protection de réseau électrique, comprenant un circuit d'entrée avec deux sorties qui sont associées à une première tension ùe mesure, en particulier à une tension de ré férence dérivée de la tension du réseau, et à une seconde tension de mesure, en particulier à une tension de mesure dérives d'une tension de réseau et d'un courant accidentel (trouvant son origine dans la cause de la perturbation), ou seulement d'un tel courant accidentel, et comprenant en outre un convertisseur de signaux auquel sont amenées la première et la seconde tension de mesure, et qui engendre à partir d'elles un signal de sortie dépendant notamment de la distance entre le point de mesure et le point où siège un dérangement, ou dépendant du sens du dérangement, caract risé en ce que le convertisseur de signaux comporte un circuit de logique sollicité par la première et la seconde tension de mesure et qui, à sa sortie, délivre au moins un signal de progression dans le temps, dépendant du déphasage entre la première et la seconde tension de mesure, et en ce qu'à la sortie du circuit de logique est raccordé un circuit d'intégration qui, à la fin d'au moins un intervalle de progression dans le temps, fournit un signal de sortie dont l'amplitude dépend du déphasage entre la première et la seconde tension de mesure. 2.- Circuit de mesure de perturbation de phase suivant la revendication 1,caractérisé en ce que le circuit de logique (Vs) présente pour la première et la seconde tension de mesure (U1 et U2) chaque fois un canal de traitement de signal (I,II) avec chaque fois un circuit conformateur de signal, limiteur d'amplitude (3f1, 3f2), en ce que l'on a prévu dans la partie de sortie de l'un des canaux de traitement de signal (I) un étage additionneur (A) sollicité à l'entrée par le signal de sortie du circuit conformateur de signal de ce canal lui-même et de l'autre canal, et dans la partie de sortie de l'autre canal de traitement I;;) un étage stracteur (O) sollicité à l'entrée par le sial de sortie du circuit conformateur de signal de ce canal lui-metre et de l'autre canal, et en ce que les sorties des dux canaux de traitement de signal (I,II) sont raccordées avec effet soustractif à l'entrée du circuit d'intégration (It) suivant. 3.- Circuit de mesure de perturbation de phase suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'intégration ( (It) ) comporte un dispositif de rétablissement (R ) déclenchable en dépendance d'un intervalle s de temps prédéterminé. 4.- Circuit de mesure de perturbation de phase suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'intégration (It) comporte un dispositif de rétablissement qui est déclenchable en dépendance d'un signal qui caractérise la disparition d'un dérangement qui occasionne la mesure. 5.- Circuit de mesure de perturbation de phase suivant l'une quelconque des revendications précédentks, caractérisé en ce que le circuit d'intégration (It) comporte un dispositif de rétablissement qui est déclenchable en dépendance de l'atteinte, par le signal de sortie du circuit intégrateur, d'une valeur limite prédéterminée.