Brevet FR2499778A1 — publié le 19820813

L'invention se rapporte à une alimentation à courant continu des dispositifs de protection des circuits électriques, en remplacement des batteries d'accu mulateurs. Dans la conception actuelle, les dispositifs de protection des ouvrages électriques de production, de transport, de distribution, d'utilisation,fonctionnent depuis l'énergie délivrée par une batterie d'accumulateurs centrale,devant à tout moment assurer le fonctionnement. Le contrôle de la disponibilité permanente de la batterie d'accumulateurs constitue un problème préoccupant car sa défaillance,lors de l'apparition d'anomalies de fonctionnement des ouvrages électriques est la cause d'incidents,met tant en cause la continuité de service et dans les cas graves,pouvant aller jusqu'à la destruction partielle ou totale de la partie d'ouvrage concernée. De nombreuses dispositions doivent être prises pour tenter de réduire la production de ces incidents consécutifs à la défaillance de la batterie et de ses circuits parfois très étendus. Un relais voltmétrique à maximum et à minimum surveille la tension de la batterie par l'intermédiaire d'une autre batterie indépendante. Les chargeurs régulés en tension et filtrés de la batterie sont doublés. Un dispositif "testeur de batterie" mesure périodiquement la résistance interne de la batterie afin de déceler des ruptures de circuits ou des pertes d'électrolyte. Compte tenu de sa durée de vie incertaine, des contrôles périodiques du fonctionnement de la bat terie sont effectués sur les points suivants: niveau et densité de l'électrolyte force électromotrice des éléments, régime de charge, mesure de la capacité résiduelle. Les différentes fonctions des ouvrages qui comportent les protections, les automatismes, les commandes, les sienalisations etc...sont séparés en circuits appelés Tranches et Sous-Tranches alimentées en courant continu depuis la bat terie à travers des disjoncteurs ou des fusibles à contactssélectifs, destinés à l'élimination de la partie de circuit qui présenterait un court-circuit,afin de réaliser un ilotage permettant aux parties restées saines de continuer à fonc tionner. En conséquence,toutes les communications entre Tranches s'effectuePtpar l'intermédiaire de circuits spécialisés associés à de nombreux relais de décou plage pour assurer l'isolement galvanique.La présence permanente de la tension continue au niveau des Tranches, ainsi que leur fonctionnement,sont surveillés par un ensemble de circuits spécialisés appelés Tranches Générales, eux mêmes contrôlées par une batterie indépendante. Tous ces circuits de formation de Tranches, essentiellement destinés à limiter les risques d'incidents ne participent pas directement au fonctionnement. Cependant ils représentent une part importante et coûteuse des ouvrages et compliquent la représentation schématique des fileries La batterie, et ses circuits souvent très étendus,sont à potentiel flottant par rapport à la terre,de façon qu'une mise à la terre accidentelle de l'un des pâles plus ou moins,n'interrompe pas le fonctionnement.Un détecteur d'isolement produit dans ce cas une alarme en vue de provoquer une intervention rapide,avant qu'une deuxième mise à la terre éventuelle de l'autre pôle ne se produise,interrompant toute possibilité pour les protections de fonctionner. L'isolement galvanique rend les circuits à courant continu très réceptifs aux inductions parasites nuisibles à la conservation et au bon fonctionnement des installations. En effet, la filerie en principe isolée, présente une capacité par rapport à la terre, mais aussi des capacités assurant des couplages avec les circuits de force qui peuvent être portés à des tensions importantes et qui sont le siège de perturbations génératrices de parasites. D'autre part,la structure étendue et imbriquée des circuits favorise la création de boucles réceptives aux inductions électromagnétiques nuisibles,dues à la circulation des courants de fonctionnement ou de court-circuits. Les circuits des protections des ouvrages électriques appelés aussi circuits de contrôle électrique peuvent être divisés en deux groupes fonctionnels bien distincts Un premier groupe comprend les protections proprement dites,indispensables pour assurer le bon fonctionnement des installations et surtout leur sécurité,et dont la défaillance peut être la cause d'incidents graves. Plus précisément on entend par protections, les dispositifs permettant la détection et la localisation de toutes anomalies de fonctionnement, de façon à commander automatiquement les manoeuvres nécessaires à leur suppression, pouvant conduire dans les cas graves à la mise hors service de la partie d'ouvrage considérée. Les protections peuvent mettre en oeuvre un ou plusieurs paramètres électriques ou physiques en vue d'élaborer des mesures d'intensité,de tension, de fréquence, de résistance ,de réactance,de cweitance,d'impédance,de puissances actives,réactives ou complexes,de composantes directes ou inverses,de vitesse,de température de pressions etc... Un second groupe comprend les circuits dont le rôle est certes important mais dont la défaillance ne met pas les ouvrages en péril. Ce second groupe comprend certains automatismes, les commandes et télécommandes, les signalisations et informations d'état, les mesures et télémesures etc... L'invention a pour objet la mise en oeuvre de générateurs de courant continu compound pour l'alimentation des protections appartenant au premier groupe pré cédemment défini, en remplacement des batteries d'accumulateurs. Les fonctions appartenant au deuxième groupe qui ne peuvent être alimentées par le dit géné rateur compound continuent de fonctionner par le moyen d'une batterie d'accumu lateurs qui a perdu son rôle prépondérant. Le dit générateur pouvant être réalisé techniquement de façon à présenter un fonctionnement très fiable et plus durable qu'une batterie d'accumulateurs. La figure 1 représente un schéma général du dispositif selon l'invention. Selon la disposition choisie représentée en figure 1, le générateur compound 1, fournit les polarités positives et négatives 2 d'alimentation des protections 3, appartenant aux circuits du premier groupe, ainsi que d'une partie possible des circuits 4 appartenant au deuxième groupe. L'ensemble des protections 3 re çoit en entrée, par exemple, des paramètres électriques tels que les tensions 34, les courants 35,les informations en provenance de capteurs électriques ou de grandeurs physiques 36, et délivrant en sortie un ou plusieurs ordres de mansu- vres 37. Les circuits d'automatismes, de commandes et de signalisations etc, sont mis en communication avec les protections 3 par les liaisons 38. L'autre partie 5 des circuits appartenant au deuxième groupe est alimenté par la batterie d'accumulateurs 6.Le générateur 1 est composé de deux alimentations la et lb de meme force électromotrice qui sont raccordées en parallèle par leur sortie en courant continu et qui prélèvent l'énergie nécessaire à leur fonctionnement sur les circuits à protéger tels que 7, appartenant par exemple à un groupe de production d'énergie,une ligne de transport,un transformateur de transport ou de distribu tion, une unité de production etc... Le dit circuit 7 est représenté à titre d'exemple en triphasé à Haute Tension, La première alimentation la,comporte en entrée, les transformateurs d'adaptation,d'isolement galvanique et de groupe de couplage approprié 8. Les enroule ments primaires 8a, sont raccordés en dérivation sur le circuit à protéger 7 par l'intermédiaire des réducteurs de mesures de tensions 21. Le courant secondaire 8b des transformateurs d'entrée 8 estredressé par le pont de diodes 9 du genre Graetz dans l'exemple proposé. La tension redressée issue du dit pont de diodes 9,est adressé à un dispositif de mesure instantanée à baisse de tension 10 qui délivre une information en sortie également instantanée 11 pour un niveau de tension basse déterminé.La tension redressée issue du pont de diodes 9 est en outre stabilisée par un régulateur série 12 et envoyée à travers la diode antiretour 13 pour alimenter les circuits 3 et 4. La seconde alimentation lb appartenant au générateur r, comporte en entrée, les transformateurs d'adaptation,d'isolement galvanique et de groupe de couplage approprié 19 et dont les enroulements primaires 19 a, sont raccordés en série dans le circuit à protéger 7, par l'intermédiaire des réducteurs de mesures de courant 20. Le courant secondaire imposé 19b image du courant circulant dans le circuit à protéger 7 est redressé par le pont de diodes 22, et circule du pole positif vers le pole négatif dans un premier circuit à tension imposée 23 en série avec un détecteur de seuil ampèremétrique instantané 24. Le dit détecteur délivre une information en sortie également instantanée 25 pour un niveau de courant réplable. Le dit régulateur 23 est associé à un moyen interrupteur 27, symbolisé pour l'exemple par un contact normalement fermé susceptible d'etre activé à l'ouverture soit par l'information 25 issue du détecteur ampèremétrique 24, soit par l'information 11, issue du détecteur à baisse de tension 10 de l'alimentation la, ou encore par un critère de démarrage extérieur 29 adressé par les circuits des protections ou d'automatismes 3 et 4. En situation de fonctionnement normal des circuits 7, les protections 3 sont alimentées en courant continu par l'alimentation la, et dans cette condition la tension de l'alimentation lb est maintenue à une valeur pratiquement nulle par suite de la saturation du transistor NPN du circuit 23, résultant de l'état fer nié du contact 27. La diode anti retour 31 empeche le débit de l'alimentation la dans l'alimentation lb. Toute baisse de tension constatée par le détecteur de tension 10 de l'alimentation la, résultant d'une surintensité mono ou polyphasée du circuit 7,a pour effet d'adresser une information Il qui produit instantanément l'ouverture du circuit 27 de l'alimentation lb. I1 résulte de cette action le blocage du tran sistor 23. La tension du collecteur du transistor 23 monte jusqu'à atteindre la tension de la diode Zener qui devenant passante,impose sa tension au collecteur du transistor 23, indépendemment de l'intensité du courant imposé,image du cou rant dans le reseau 7. L'alimentation lb, depuis le collecteur du transistor 23, débite à travers la diode anti-retour 31,dans les circuits 3 et 4. Sur un critère de démarrage 29 adressé par les circuits de protections 3 ou une information 25 issue du détecteur ampèremétrique 24, l'alimentation lb peut être activée de la même fanon pour délivrer une tension en sortie, que par l'information 11 issue de l'alimentation la. En cas de court-circuit franc polyphase sur le circuit 7, la tension délivrée par l'alimentation la,s'abaisse considérablement et c'est l'alimentation lb qui assure le fonctionnement des protections 3 et des circuits 4. La diode anti-re tour 13 empêche le débit de l'alimentation lb dans l'alimentation la. En cas de surintensité du circuit 7,le courant d'une phase est decalé en ar rière sur la tension par suite de la nature réactive des circuits. En conséquence, pour améliorer la constance de la tension en sortie d'un générateur compound, le couplage des transformateurs 8 et 19 est établi de telle façon que l'indice de courant d'une phase issue du transformateur 19 soit décalé en avance de 600 sur l'indice de la tension de la même phase issue du transformateur 8. Si un filtrage est requis, par des condensateurs tels que 14a et 14b,particulièrement dans le cas d'un circuit tel que 7 monophasé, la sécurité du fonctionnement est assurée en cas e.=cas d. de mise en court-circuit par le claquage d'un des condensateurs de filtrage 14a ou 14b, par les éléments : 15a,15b,16a,16b,17, 18,26 et 28, qui fonctionnent de la façon suivante : un dispositif de coupure, fusible 15a ou disjoncteur 15est placé en série avec chaque condensateur 14aet 14b.A travers les diodes 16a et 16b le détecteur à baisse de tension 18,mesure la tension aux bornes des condensateurs 14a et 14b et envoie une information temporisée 26 vers une alarme 28,en cas de fusion du fusible 15a ou du déclen chement du disjoncteur 15b,consécutivement à la mise en court-circuit de l'un des dits condensateurs. En outre une résistance 17 est placée en série avec le détecteur à baisse de tension 18 depuis le pole positif du générateur 1 pour mesurer la tension en sortie 2. Pour une baisse de tension prolongée le dit détecteur 18 adresse de la meme façon que précédemment une infoniation vers l'alarme 28. Selon la disposition choisie en exemple Fig 1 il est facile d'adapter le fonctionnement du générateur 1 au cas d'un circuit tel que 7 qui serait monophasé, polyphasé avec ou sans neutre,fonctionnant à Haute ou Basse Tension. Chaque alimentation la et lb peut délivrer plusieurs niveaux de tension positifs et néga tifs qui seraient exigés pour le fonctionnement des protections telles que 3 de technologie électronique, comportant par exemple des amplificateurs opérationnels1 des circuits intégrés etc... Les sorties telles que 2 peuvent fonctionner isolées de la terre,l'isolement galvanique étant assuré par les transformateurs en entrée 8 et 19,comportant si nécessaire un écran statique entre leurs enroulements primaires et secondaires. Dans le cas ou il est nécessaire d'assurer une liaison commune entre'un générateur 1 et la batterie auxiliaire 6,ou bien dans un ensemble complexe une liason commune entre plusieurs générateurs tels que 1 et la batterie auxiliaire 6 il est fait usage d'un conducteur tel que 30 recevant selon les nécessités technologiques un pôle positif ou négatif des dits générateurs 1 et un pôle positif ou négatif de la dite batterie auxiliaire 6. Afin de se prémunir contre les inductions parasites dans les ouvrages com plexes à Haute Tension,comportant des circuits très etendus le conducteur 30 isolé des masses comporte un point de mise à la terre 32. Les dispositions techniques mises en oeuvre à titre d'exemple Fig 1 ne sont pas limitatives. tous autres moyens visant à obtenir les mêmes résultats peuvent et e etre employés. En conséquence les transistors peuvent de technologie NPN ou PNP, les dispositifs de mesure 10, 18, et 24 ainsi que le moyen interrupteur 27 peuvent être choisis parmi les solutions électromécaniques,électroniques ou semi statiques ( relais à lames souples ou reed ). Dans un meme ouvrage,chaque ensemble de protections 3 rattaché à un circuit 7 comporte sa propre alimentation en courant continu par un générateur compound 1. Bien résulte une sécurité de fonctionnement accrue par suite de la décentralisation du fonctionnement des protections par rapport à une batterie centrale, ainsi que par la possibilité technique de réaliser des générateurs compound plus fiables et de durée de vie plus grande que les batteries d'accumulateurs. Les circuits sont simplifiés par la suppression des circuits de formation de tranches et peuvent fonctionner avec un pble à la terre, pour se prémunir plus efficacement contre les effets des parasites induits, Le choix du fonctionnement des générateurs compound et des batteries auxi liaires 6, dans la catégorie dite à Treks Basse Tension les intervensions au point de vue de la sécurité des Travailleurs et autorise pour les circuits à basse tension, la mise en oeuvre d'une technologie à fils fins, par exemple du genre téléphonique en structure radiale, plus économique et permettant de simplifier considérablement la représentation schématique. REVENDICATIONS 1 - Circuits à basse tension des ouvrages électriques de production, de transport, de distribution et d'utilisation, répartis en deux groupes, le pre mier troupe comprend les protections électriques dont la sécurité du fonctionnement est indispensable pour prémunir les ouvrages contre les conséquences d'anomalies de fonctionnement, le deuxième groupe comprend les commandes, les infor mations,les automatismes etc...Circuits à basse tension séparés en Tranches et Sous-Tranches ilotables et alimentés en courant continu par le moyen d'une bat terie d'accumulateurs centrale à potentiel flottant par rapport à la terre. Circuits à basse tension caractérisés par la mise en oeuvre de générateurs compound de courant continu sous tension stabilisée appartenant préférentielle ment à la catégorie à Très Basse Tension ( U ieme groupe. Les dits générateurs compound comportant leurs propres circuits de commandes et de sécurité, associent deux alimentations à courant continu, pré levant l'énergie nécessaire à leur fonctionnement en dérivation pour l'une, en série pour l'autre, sur les circuits des ouvrages à protéger, afin de disposer d'une source continue permanente en sortie quelque soient les conditions de fonctionnement des ouvrages en service. Les circuits à basse tension appartenant au deuxième groupe qui ne participent pas à la sécurité des ouvrages et qui ne peuvent pas fonctionner par le moyen des générateurs compound, sont alimentés directement, sans circuits de formation de Tranches,par une batterie d'accumu lateurs dont l'un des pôles, plus ou moins,est réuni à une terre afin de réduire l'influence des courants parasites. 2 - Générateur compound selon revendication 1 caractérisé par l'association et la mise en parallèle par leurs sorties équipotentielles de deux alimentations à courant continu la et lb prélevant l'énergie nécessaire à leur fonc tionnement sur les circuits des ouvrages à protéger tels que 7 fonctionnant en monophasé ou polyphasé avec ou sans neutre, à un niveau de tension quelconque. Le dit générateur compound 1 fournit, en renplacement des batteries d'accumula teurs, le courant continu permanent nécessaire au fonctionnement des protections 3 ainsi que certains automatismes 4 liés aux circuits 7 en service. La première alimentation la, raccqliée par son entrée en dérivation sur les circuits tels que 7 fonctionne en tension imposée. La seconde alimentation lb raccordée par son entrée en série dans les circuits tels que 7 fonctionne en courant imposé. La dite alimentation la, pour un niveau de tension délivré en sortie, comporte en entrée: le ou les transformateurs 8 d'adaptation,d'isolement galvanique et de couplage approprié, raccodés directement ou par l'intermédiaire de réducteurs de tension 21 sur les circuits tels que 7.Le courant secondaire 8b est redressé par les diodes 9, stabilisé en tension par le régulateur série 12 et débite en sortie 2, à travers une diode anti-retour 13 dans les circuits d'utilisation tels que 3 et 4.L'alimentation lb, pour un meme niveau de tension délivré par l'alimentation la, comporte en entrée les transformateurs 19 d'adaptation,dtiso- lement galvanique et de couplage approprié raccordés directement ou par l'intermédia ire de réducteurs de courant 20 sur les circuits tels que 7. Le courant secondaire imposé 19b est redressé par des diodes 22 et circule dans un circuit à tension imposée 23 qui débite en sortie 2 à travers une diode anti-retour 31 dans les circuits d'utilisation tels que 3 et 4.De la même façon , chaque niveau de tension positif ou négatif issu de l'alimentation la débite en parallèle avec le meme niveau de tension et de même polarité issu de l'alimentation lb. 3 - Générateur compound selon revendication 1 et 2, caractérisé par un détec- teur voltmétrique instantané 10 placé en dérivation en sortie du redresseur 9 de l'alimentation la,apte à délivrer une information en sortie 11 également instantanée pour une baisse de tension déterminee réglable, 4 - Générateur compound selon revendication let 2 caractérisé par un détec teur de seuil ampèremétrique instantané 24 placé en série en sortie du redresseur 22 de l'alimentation lb, apte à délivrer une information 25 également instantanée pour un niveau de courant determiné réglable. 5 - Générateur compound selon revendication 1 et 2 caractérisé par un moyen interrupteur 27, normalement fermé, placé sur l'alimentation lb, établissant un court-circuit en sortie du pont redresseur 22 en commande du circuit 23. Le dit moyen interrupteur 27 peut être commandé à l'ouverture soit par l'information 25 issue du détecteur ampèremétrique 24, soit par l'information 11 issu du détec teur de tension de l'alimentation ia ou encore par un critère de démarrage ex térieur par exemple 29 adressé par les circuits de protections ou d'automatismes tels que 3 et 4. 6 - Générateur compound selon revendication 1 caractérisé par un circuit d'alarme temporisé 28 agissant soit en cas de baisse de tension en sortie du géné rateur 1, soit en cas de mise en court-circuit fortuite des condensateurs de filtrage lorsque ceux-ci.sont requis particulièrement pour les générateurs 1 alimentés depuis des circuits tels que 7 monophasés. La dite alarme 28 comporte en sortie un circuit 26 activé par un détecteur à baisse de tension 18 raccordé en série avec une résistance 17 et qui mesure la tension en sortie du généra teur compound 1, ainsi que la tension, par les diodes 16a et 16b, aux bornes des condensateurs 14a et 14b alimentés en série par un moyen de coupure par surin tensité,un fusible 16a ou un disjoncteur 16b. 7 - Générateur compound selon revendication 2 caractérisé par un moyen de couplage en décalage avant de l'ordre de 60 de l'indice du courant d'une phase issu du transformateur 19, par rapport à l'indice de la tension d'une même phase issue du transformateur8