Brevet FR2326065A1 — publié le 19770422

La présente invention concerne un procédé et un dispositif sélectif pour la protection ae câbles de transport d'énergie, au nombre minimal de trois, contre les défauts entre phase et terre. I1 s'avère indispensable d'assurer la protection des câbles de transport d'énergie contre es défauts à la terre, entre les extrémités de départ reliées à l'alimentation générale de l'éner- gie et le extrémités d'arrivée reliées au réseau d'utilisation comportant des machines et/ou d'autre charges. Actuellement, on utilise déjà des dispositifs destinés à la protection des câbles. il existe des dispositifs de protection différentielle longitudinale à fils pilotes. Ces dispositifs comportent des transformateurs diferentiels qui comparent à chaque instant le courant de chaque phase à l'entrée du cible au courant correspondant à la sortie du câble. L'utilisation de ces dispositifs suppose q 'il. existe, entre les deux extrémités des câbles plusieurs liaisons bifilaires par fils pilotes. Ces dispositifs présentent l'inconvénient de nécessiter des liaisons supplémentaires entre les extrémités les câbles. On utilise aussi, comme dispositifs de protection, des relais d'impédance homopolaire qui sont des relais à retour de puissance homopolaire. L'inconvénient de ces relais d'impédance est que leur réglage est très délicat. En effet, ils sont sensibles aux retours de puissance éventuels us à des à-coups de tension sur le réseau e t à la présence de machines syichrones. De plus, ces relais né cessltent la mesure de a puissance, c'est-à-dire de la tension et du courant ; ils ne protègent donc plus le câble lorsque la tension est nulle. Le procédé et le dispositif selon la présente invention se proposent d'éliminer tous ces inconvénients en utilisant, pour son fonctionnement, seulement les intensités du courant et plus particulièrement les mesures de courant aux seules extrémi- tés "arrivée" des câbles. Le dispositif selon l'invention a pour but - ue ne donner l'ordre d'ouverture qu'au seul disjoncteur arrivée qui correspond au cible en défaut. - de ne pas entraîner de disjonction intempestive en cas d'un défaut du dispositif lui-même. - de ne pas provoquer la disjonction des cibles ne comportant pas de défaut afin de permettre à l'installation branchée sur les extrémités "arrivée " des câbles autre toujours reliée à l'alimentation d'énergie. - de permettre que l'élimination du défaut soit complétée par l'ouverture du disjoncteur "départ" du câble correspondant au bout d'un temps supérieur de 0,4 seconde au temps de déclenchement du disjoncteur, par exemple 0,6 seconde si le disjoncteur "arrivée" s'ouvre en 0,2 seconde. - d'éviter que les phénomènes secondaires dus par exemple à la mise en route de machines sur le réseau d'utilisation ne soient confondus avec un défaut à la terre. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour la protection de n cibles ou conducteurs de transport d'énergie, contre les défauts entre phase et terre, n étant au moins égal à trois, caractérisé en ce que l'on détecte le courant circulant dans chacune des extrémités "arrivée" des n cGblesJpar l'intermédiaire de la mesure de la tension proportionnelle audit courant, on prélève les différences de tenson respectives entre les tensions mesurées sur deux câbles adjacents, en considérant que le nième cible est adjacent au premier cabale, on soumet chacune desdites différences de tension à une détection de seuil puis on soumet chaque tension détectée à une temporisation, on met en mémoire l'apparition de cette tension détectée, et on sélectionne par un système logique le relais à déclencher commandant le disjoncteur de ltextrémité "arrivée" du cible en défaut. L'invention a aussi pour objet un dispositif sélectif pour la protection de n cibles ou conducteurs de transport d'énergie contre les défauts entre phase et terre, n étant au moins égal à trois, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il com prend des moyens pour détectez le courant de défaut à la terre circulant dans chacune des extrémités "arrivée" des n cibles, lesdits moyens mesurant une tension proportionnelle audit courant, des moyens pour prélever les différences de tensions respectives entre les tensions mesurées sur deux câbles adjacents, des moyens de détection de seuil de tensIon reliés auxdits moyens de prélèvement, des moyens de temporisation reliés auxdits moyens de détection, des moyens de mémorisation connectés aux moyens de temporisation et des moyens de sélection reliés aux moyens de mémorisation et susceptibles de commander sélectivement l'un des disjoncteurs de l'extrémité "arrivée" des n câbles. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de l'invention pour la protection des trois cibles triphasés de transport d'énergie, contre les défauts entre phase et terre est caractérisé en ce qu'il comprend trois tores fournissant respectivemeilt une tension proportionnelle au courant nomopolaire de chacune des extrémités tarrivéer des cables, les trois primaires respectais desdits tores étant reliés entre eux, les trois secondaires des tores ayant une borne commune reliée à la terre et les bornes non communes, constituant un système triphasé, étant utilisées pour alimenter les trois primaires de trois détecteurs de seuil selon un montage dit "entre phases", trois détecteurs de seuil montés entre phases, trois moyens de temporisation branchés sur les sorties respectives des détecteurs de seuil, trois moyens de mise en mémoire stockant la présence d'un signal à la sortie des trois moyens de temporisation, un système logique de sélection du cible en défaut, des moyens de liaison à un relais correspondant audit câble en défaut et trois relais de déclenchement de trois disjoncteurs interposés respectivement sur les trois extrémités "arrivée" desdits câbles. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels Fig. 1 est un schéma représentant trois câbles triphasés en para. èle dont l'un des câbles est affecté d'un défaut à la terre. Fig. 2 est un schéma représentant trois câbles en parallèle munis du dispositif selon l'invention. ---- et est schéma d'un système logique de sélection du relais correspondant au câble en défaut, dans un dispositif selon la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement trois câbles triphasés en parallèle, avec trois disjoncteurs an départ, A, B et C,et trois disjoncteurs à l'arrivée, A', B' et C'. Du côté de leur extrémité "départ", les trois câbles sont reliés à des lignes triphasées d'alimentation d'énergie, dont un seul conducteur S est représenté sur ie schéma. Du cAoté de leur extrémité "arri vée", les trois câbles sont reliés par la ligne R au réseau d'utilisation, par exemple une installation comportant des machines. En fonctionnement normal, AA' , 33' et CC' laissent passer l'énergie provenant de l'alimentation S vers la ligne R alimentant le réseau d'utilisation. Si un.défaut à la terre survient en D sur l'un des câbles, des courants I1 et I2 viennent s'ajouter en D et contribuent à ce défaut. Le courant I1 provient de A, tandis que le courant I2 provient des deux autres câbles en para.llèle en passant par A'. Ce courant 12 est égal à la somme des deux courants 2 qui respectivement circulent dans les deux autres câ- bles. Le procédé selon l'invention permettant de protéger sélectivement le câble affecté d'un défaut consiste à mesurer le courant aux seules extrémités "arrivée" des câbles, à traiter ces mesures grâce à un circuit transistorisé qui permet de sélectionner le câ- ble en défaut, à donner l'ordre d'ouverture au seul disjoncteur " arrivé " qui correspond audit-cible en défaut, à autoriser de compléter l'élimination du défaut par l'ouverture du disjoncteur " départ " du câble correspondant au bout d'un temps de 0,6 seconde par exemple. En référence à la figure 2)on va décrire le dispositif selon l'invention et son fonctionnement lors d'un défaut à la terre sur l'un des câbles de trois câbles 1,2 et 3 triphasés en parallèle. Selon l'invention, on place sur chacun des câbles 1,2 et 3, du c8té de leur extrémité arrivée ", c' est-à-dire du côté du réseau d'utilisation R, un tore T1, T2 et T3 respectivement. Ces tores T1, T2 et T3 fournissent à leurs bornes les tensions V1, V2 et V3 respectivement proportionnelles aux courants I1, I2 et I3 passant dans les câbles 1,2 et 3 correspondants.Les bornes a1, a2, a3 des tores T1, T2 , T3 sont reliées entre elles par un conducteur A.La seconde borne bl, du tore T1 est reliée par un conducteur à une extrémité d'un enroulement B1. L'autre extrémité 12 de l'enroulement B1 est reliée à la borne b2 du tore T2 et à une extrémité de l'enroulement B2. L'autre extrémité 17 de l'enroulement est reliée à la borne b3 du tore T) et à une extrémité de l'en- roulement b , tandis que l'autre extrémité de l'enroulement B3 est reliée en 11 entre la borne b1 du tore T1 et l'enroulement B1.Cet agencement permet d'obtenir aux bornes des enroulements B1, B2, et B3 les tensions respectives U1, U2 et U3 telles que U1 = V1 - V2 U2 = V2 - V3 U3 = V3 - V1 En variante, il est également possible d'agencer le dispositif pour obtenir U1' = V1 - V3 U2' = V2 - V1 U3' = V3 - V2 ce qui permet d'obtenir le même résultat moyennant une modification du Tableau I mentionné plus bas,en considérant que, pour passer d'un fonctionnement à l'autre, il suffit de prendre U1' = - U3 U2' = - U1 U3' = - U2 Chacun des enroulements B1, B2 et 33 est agencé avec un détecteur de seuil D1, D2 , D3 respectifs permettant de détecter la présence d'une tension à la borne.Les détecteurs de seuil D1, D2, D3 sont reliés à des moyens de temporisation 21,22, 23 respective- ment,qui sont prévus pour éviter la mise en mémoire de la présence d'une tension due à des phénomènes secondaires tels que les à-coups de tension provoqués par la mise en route de machines, le démarrage de moteurs, etc... selon l'invention on prévoit une temporisation de 0,11s à 0,15s environ qui permet de ne tenir compte que des tensions apparaissant aux bornes du détecteur de seuil àcause d'un défaut sur l'un des câbles. es moyens de temporisation 21, 22 et 23 sont respectivement reliées à des moyens de mise en mémoire 31, 32, 33 à deux positions. Ta première position correspond à une tension nulle aux bornes du détecteur de seuil tandis que la seconde position correspond à la présence d'une tension aux bornes du détecteur pendant au moins 0,1s environ. Les mémoires 31, 32, 33 envoient chacune un signal correspondant à leur positionnement vers un système de portes logiques 40 déclenchant un des trois relais R1 , R2 ss R3 , suivant les conditions données dans le tableauI/ ci-dessous, dont l'obten- tion sera expliquée dans la suite de la description. TABLEAU 1 U1 U2 U3 déclenchement du relais correspondant défaut sur le: t câble 1 : 0 : 1 V1 V V défaut sur le 1 1 0 R2 V1 V2 V3 # R2 câble 2 défaut sur le 0 1 1 R3 V1 V2 V3 # R3 câble 3 Sur la figure 2 on n'a représenté que la porte ET déclenchant le relais R1.En référence à la figure 3, on va décrire un système logique 40 prévu pour 3 câbles triphasés. Les sorties des éléments de mise en mémoire 31 et 33 sont directement reliées à l'entrée d'une porte ET 61, tandis que la sortie de l'élément 32 est reliée à l'entrée de la porte ET 61 par l'intermédiaire d'un inverseur 52. Les sorties des éléments 31, 32 et 33 sont aussi reliées à une porte 62, l'élément 33 étant relié à cette porte 62 par l'intermédiaire d'un inverseur 53. Les sorties des éléments 31, 32 et 33 sont également reliées à l'entrée d'une troisième porte ET 63, un inverseur 51 étant interposé entre l'élément 31 et la porte 63. Les sorties des trois portes 61, 62 et 63 étant respectivement reliées à des relais R1, R .et R3 qui sont déclenchés lorsqu' ap- parant une impulsion "1" (tableau 1) à la sortie de la porte ET correspondante. On va maintenant décrire en référence à la figure 2 le fonctionnement du dispositif selon l'invention dans le cas où un défaut à la terre survient sur le câble 1. Dans le câble en défaut 1, un courant I1 retourne en direction de la source. Ce courant I1, est égal à la somme des courants I2, I3 passant par les deux autres câbles 2 et 3 et provenant directement de la source. Aux bornes du tore T1 apparat t une tension V1 proportionnelle à - I1 et aux bornes des tores T2 et T3 apparaissent des tensions V2 et V3 proportionnelles à I2 et I3 Comme I1 2 12 + 13 I2 = I3 on a donc V@ = V. 3 V1 = - 2V2 = - 2V3 Aux bornes des enroulements B1, B2 et Bd on a A la sortie du détecteur de seuil on a U1 = I U2 = 0 U3 = 1 Le signe n'a pas d'importance à cause du redressement. Lorsque les tensions U1 et U3 apparaissent à l'entrée des moyens de temporisation 21 et 23, si ces tensions sont presen- tes pendant le temps de temporisation, entre 0,11 s. et 0,15 s. environ,elles sont envoyées en mémoire dans les éléments 31 et 33 qui gardent l'information, même si ces tensions disparaissent. Le système logique 40 détecte le câble en défaut (voir tableau 1) et déclenche le relais correspondant, c'est-à- dire le relais R1 qui provoque l'ouverture du seul disjoncteur 61 situé sur l'extrémité "arrivée" du câble I c'est-à-dire du côté utilisateur. Le temps de fonctionnement du relais est d'environ 0,18 à 0,2 seconde. On complète l'élimination du défaut en provoquant à l'aide d'un relais homopolaire et chronométrique au bout d'un temps de o,6 s. par exemple, l'ouverture du disjoncteur "départ" du câble 1 correspondant. Seul le câble en défaut 1 est isolé,les deux autres câbles 2 et 3 restant en service. Ci-dessous, on va donneur les plages de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Ces plages de fonctionnement ont été étudiées en fonction des caractéristiaues d'un réseau qui sont les suivantes Ice = 12000 A (courant de court-circuit triphasé) In = 650 A (intensité par conducteur) Imax = 1050 A (en cas de démarrage d'une grosse unité) Idim = 1000 A (intensité de défaut à la terre déterminée par l'impédance du neutre). a) Etude de la temporisation de fonctionnement en fonction de la valeur du défaut à la terre Idtm Idtm Temporisation 0,18. 0,19 sec 0,24 0,15 sec 0,3 0,14 sec 0,6 0,12 sec 0,6 à 1 0,11 sec b) Seuil de fonctionnement minimum i = 0,060 Idtm c) Plage du câble dans laquelle un défaut provoque la disjonction du départ correspondant Valeur du défaut Plage pour laquelle la dis jonction a lieu (d partir de l'arrivée des câbles) Idtm I 95% 0,5 90% 0,2 75% Sur un dispositif sélectif de protection de troIs câbles en parallèle selon l'invention, on a branché un dispositif de simulation de défaut afin de tester ledit dispositif. Les tores ont été chargés par une résistance de 100 ~{L . Le défaut étant simulé sur la phase 1, on a I1' = I2' + I3' et on obtient les résultats donnés dans le tableau II ci-après TABLEAU II Simulation de défaut - Essai du tore - Tores chargés par lOQSL I1A I2 I3 V1 V2 V3 U1 U2 U3 3,2 1,6 1,6 0,05 0,0 0,00 0,1 0,0 0,1 6,4 3,2 3,2 0,15 0,05 0,05 0,3 o,o 0,3 12 6 6 | 0,5 0,2 0,2 0,8 0 0,8 18 | 10 | 10 || 0,8 | 0,3 | 0,3 || 1,3 | 0 | 1,3 25 12 12 1,2 0,45 0,45 1,8 0 1,8 32 15 15 1,5 0,6 o,6 2,3 0 2,35 40 19 19 1,9 o,8 0,8 3 o 3 44 21 21 2,1 0,9 0,9 3,05 o 3,05 47 22 22 2,2 1 1 3,2 O 3,2 13 Le défaut est simulé sur la phase 1 (I1 = I2 +13 Le dispositif selon l'invention convient également pour un nombre de câbles supérieur à 3. Dans le cas de n câbles, le dispositif à relais sélectif de protection est plus complexe que dans le cas de trois cibles mais il permet un fonctionnement plus sûr. Les valeurs du défaut i sont un peu plus faibles que Idtm celles mentionnées plus haut dans le paragraphe c) correspondant à 3 câbles en parallèle, et elles sont calculées pour chaque cas. A partir de la description du dispositif donnée plus haut,l'hom- me de 1 t art peut facilement adapter un dispositif pour n câbles qui répond aux conditions du tableau III suivant : les mêmes notations ont été utilisées pour les éléments correspondants. (voir tableau III page 10). I1 est également possible d'utiliser les tensions Vi dans un autre ordre, pourvu que l'on obtienne finalement un Tableau construit comme le Tableau III donnant par combinaison des grandeurs à à Un la possibilité de faire fonctionner les relais R1 à Rn selon une relation unique (bijection). Le dispositif selon l'invention fonctionne de la même manière dans le cas où les câbles sont de sections différentes. I1 suffit simplement de calculer les courants de défaut dans chaque cas et de régler le dispositif en conséquence. TABLEAU III U1 = U2 = U3 = Défaut V1 V2 V3 ... Vn-1 Vn V1 - V2 V2 - V3 V3 - V4 1 -(n-1) u u u u u - nu 0 0 2 u -(n-1) u u u u nu - nu 0 3 u u -(n-1) u u u 0 nu -nu n-1 u u u -(n-1) u u 0 0 0 n u u u u -(n-1) u 0 0 0 TABLEAU III (suite) Un-1 = Un ... Relais déclenché Vn-1 - Vn Vn - V1 0 nu U1 U2 U3 ... Un-1 Un R1 0 0 U1 U2 U3 ... Un-1 Un R2 0 0 U1 U2 U3 ... Un-1 Un R3 -nu 0 U1 U2 U3 ... Un-2 Un-1 Un Rn-1 nu - nu U1 U2 U3 ... Un-1 Un Rn Le dispositif selon l'invention est très avantageux en ce qu'il ne provoque que la disjonction du seul câble en défaut et ne permet pas de disjonctions intempestives en cas d'autres fonctionnements anormaux. Si deux câbles sont utilisés et le troisième est non utilisé, sous tension ou non, en cas dedéfaut à la terre sur l'un des deux câbles aucun des disjoncteurs alimentés par ceux-ci ne ouvre. Si deux cables sont utilisés et qu'il y l y a un défaut sur le troisième, sous tension, aucun.des disjoncteurs alimentés par les deux câbles ne s'ouvre. Si le défaut intervient en aval des trois disjoncteurs arrivée", aucun de ceux-ci ne s'ouvre. S'ilya un court-circuit aux bornes d'un tore, aucun déclenchement de relais n'est obtenu en l'absence de défaut. S'ilya coupure du secondaire d'un tore, en l'absence de Saut, aucune disjonction ne peut être obtenue. Après ouverture d'une entrée du relais sélectif de protection, aucun déclenchement ne peut plus se faire. S'il y a coupure de la résistance qui charge l'un des tores, lors d'un défaut sur le câble correspondant, il y a déclenchement du disjoncteur correspondant. Pour aucun autre défaut, aucun autre disjoncteur ne s'ouvre. Pour trois câbles en parallèle, si une phase est coupée sur l'un des cibles, un déclenchement provoque l'ouverture du disjoncteur de "départ" correspondant. En cas d'un court-circuit aval, une dissymetrie dans les courants des trois câbles pourrait faire ouvrir un disjoncteur. Ce fonctIonnement intempestif est rendu impossible par un dispositif annexe qui interdit le fonctionnement des relais si lltentensité de phase dépasse 1050 A qui est l'intensité maximale possible en cas de démarrage d'un gros moteur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la protection de n câbles ou conducteurs de transport d'énergie, contre les défauts entre phase et terre, n étant au moins égal à trois, caractérisé en ce que: l'on détecte le courant circulant dans chacune des extrémités "arrivée" des n câbles, par 1 ' intermédiaire de la mesure de la tension proportionnelle audit courant, on prélève les différences de tension respectives entre les tensions mesurées sur deux câbles adjacents, en considérant que le n âble est adjacent au premier câble, on soumet chacune desdites différences de tension à une détection de seuil puis on soumet chaque tension détectée à une temporisation, on met en mémoire l'apparition de cette tension détectée, et on sélectionne par un système logique le relais à déclencher commandant le disjoncteur de l'extrémité "arrivée" du câble en défaut. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on complète l'élimination du défaut par 1 l'ouverture du disjoncteur départ du câble en défaut correspondant, au bout d'un temps prédéterminé. 3. Dispositif sélectif pour la protection de n câbles ou eonducteurs de transport d'énergie contre les défauts entre phase et terre, n étant au moins égal à trois, ledit dispositif étant carac térIsé en ce qu'il comprend :: des moyens pour détecter le courant circulant dans chacune des extrémités "arrivée" des n câbles, lesdits moyens mesurant une tension proportionnelle audit courant, des moyens pour prélever les différences de tensions respectives entre les tensions mesurées sur deux câbles adjacents, en considérant que le nième câble est adjacent au premier câble, des moyens de détection de seul de tension reliés auxdits moyens de prélèvement, des moyens de temporisation reliés auxdits moyens de détection, des moyens de mémorisation connectés aux moyens de temporisation et des moyens de sélection reliés aux moyens de mémorisatnon et susceptibles de com glander sélectivement l'un des disjoncteurs de l'extrémité arrivée des n câbles. 4. Dispositif selon la revendication 3, pour la protection de 3 câbles triphasés en parallèle, contre les défauts entre phase et serre, caractérisé en ee qu'11 comprend trois tores fournissant respectivement une tension proportionnelle au courant homopolaîre de chacune des extrémités "arrivée" des câbles, les trois primaires respectifs desdits tores étant reliés entre eux, les trois secondaires des tores ayant une borne commune reliée à la terre et les bornes non communes constituant un système triphasé, étant utilisées pour alimenter les trois primaires de trois détecteurs de seuil selon un monta.ge dit "entre phases", trois détecteurs de seuil montés" entre phases ", trois moyens de temporisation branchés sur les sorties respectives des détecteurs de seuil, trois moyens de mise en mémoire stockant la présence d'un signal S la sortie des trois moyens de temporisation, un système logique de sé section du crible en défaut, des moyens de liaison à un relais correspondant audit câble en défaut et trois relais de aéclenchement sur les trois disjoncteurs interposés respectivement sur les trois extrémités rarrivéet desdits câbles.