Brevet FR2547419A1 — publié le 19841214

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer, en un point de mesure d'une ligne de transport d'énergie électrique en défaut, notamment d'une ligne triphasée, un paramètre de défaut tel que la distance entre le io point de mesure et ce défaut ou la direction de ce défaut, consistant: à produire des signaux de mesure instantanés de tension et de courant pour cette ligne, dont la résistance et l'inductance linéiques sont connues; à former, sur le schéma de 15 la loi d'Ohm appliquée à la ligne, des combinaisons de ces signaux avec au moins une grandeur liée à une impédance, chaque combinaison utilisant un signal pilote représentatif du courant de défaut; et à donner audit paramètre la valeur pour laquelle 20 un ensemble d'au moins une de ces combinaisons vérifie la loi d'ohm. Des procédés de ce type et des dispositifs pour leur mise en oeuvre sont connus et quelques 25 exemples en sont donnés dans les sbrevets français FR 1 436 596, FR 1 566 425, et dans les brevets américains US 3 369 156, US 3 593 124 et US 4 251 766. Dans les formes les plus classiques de ces techniques antérieures, la loi d'Ohm est appliquée à la ligne en défaut supposée en antenne, -et exclusivement résistive et inductive Il en résulte une équation incorporant les deux inconnues que -2 sont d'une part la résistance du défaut et d'autre part la distance séparant ce défaut du point de mesure et cette équation est utilisée pour déterminer un ou plusieurs paramètres de défaut. Par exemple, la détermination de la distance du défaut pour une ligne triphasée peut être obtenue en observant la loi d'Ohm pour deux ensembles de signaux de mesure de tension et de courant 10 correspondant à des instants de mesure différents et en utilisant comme signal pilote, représentatif du courant de défaut, un courant proportionnel au courant homopolaire et en phase avec lui. Ces procédés connus, qui donnent des résultats satisfaisants dans des conditions favorables, présentent cependant l'inconvénient d'un manque de sensibilité du signal pilote utilisé, notamment dans certaines configurations de réseaux En 20 particulier, on a découvert que suivant la structure du réseau et les valeurs relatives des impédances homopolaire et inverse des sources aux extrémités d'une ligne en défaut, les courants homopolaire ou inverse pouvaient tendre vers zéro à 25 une extrémité de la ligne Il en résulte, dans la détermination des paramètres de défaut, des imprécisions gui, dans des conditions défavorables, peuvent devenir gênantes. Dans ce contexte, le but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de détermination de paramètre de défaut qui, sans présenter une complexité sensiblement supérieure a -3 celle des procédés et dispositifs connus précédemment mentionnés, présentent par rapport à ceux-ci une meilleure précision. Le procédé conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce que le signal pilote utilisé pour représenter le courant de défaut est constitué par une combinaison linéaire d'un signal représentatif du courant homopolaire et 10 d'un signal représentatif du courant inverse; le dispositif de l'invention comprend des rmoyens pour former cette combinaison linéaire. Dans le cas d'un défaut entre une phase de la ligne 15 et la terre, le signal pilote est de préférence proportionnel à la somme d'un signal représentatif du courant homopolaire et du double d'un signal représentatif du courant inverse associé à la phase en défaut. Dans le cas d'un défaut entre les deux premières des trois phases d'une ligne triphasée, le signal pilote est de préférence proportionnel à la somme d'un signal représentatif du courant homopolaire et 25 du double d'un' signal représentatif du courant inverse associé à la troisième desdites phases et déphasé de 90 par rapport à cette somme. D'autres caractéristiques et avantages de 30 l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: 2 4 7 1 -4 la Figure 1 est un schéma d'une portion de ligne en défaut; et la Figure 2 est un schéma du dispositif de 5 l'invention dans le cas d'une mesure de distance d'un défaut entre la phase "a" et la terre dans une ligne triphasée. De façon traditionnelle, la ligne électrique 1 10 comporte à chacune de ses extrémités un relais 2, 3 utilisant pour la détermination des paramètres de défauts des signaux de mesure de tension V(t) et de courant I(t) apparaissant à chaque instant sur la ligne au point d'implantation de ce relais, ou 15 point de mesures Ml, M 2. Un relais installé sur une ligne polyphasée utilise à chaque instant autant de signaux de mesure de tension et de courant (par exemple 3 signaux 20 Va(t) Vb(t), Vc(t) de tension, et 3 signaux Ia(t), IB(t)l, IC(t) de courant) que la ligne comporte de phases. Conformément aux techniques connues pour déterminer 25 un paramètre de défaut tel que la direction, par rapport au point de mesure, de l'emplacement de ce défaut, la zone dans laquelle il se trouve, la distance x le séparant du point de mesure ou la résistance électrique auquel il correspond, le 30 procédé de l'invention fait application de la loi d'Onm, à laquelle la ligne en défaut, dont on connaît au moins la résistance et l'inductance linéiques R et L, est supposée obéir. 2547419, -2 5 Dans les techniques antérieures qui tiennent compte de la résistance du défaut Rd, l'hypothèse est généralement faite que le courant instantané dans le défaut, I (t), est identique, en phase et en 5 amplitude, à une combinaison des courants apparaissant au point de mesure; cette dernière hypothèse concerne par exemple le courant homopolaire dans le cas d'un défaut phase-terre d'une ligne polyphasée. Ainsi, ces procédés connus conduisent a la formulation générale suivante de la loi d'Ohm appliquée à une ligne monophasée d I V = x Ro I + x L a-; + Rd I ( 1) o V et I sont respectivement les signaux de mesure de tension et de courant élaborés par le relais, x d I la distance du défaut; et d la dérivée 20 temporelle du signal de mesure de courant On voit que cette expression combine les signaux de mesure V et I avec des grandeurs x R, x L, et Rd dont les deux premières sont reliées aux résistance R et inductance L linéiques de la ligne. Les grandeurs physiques V et I étant connues à chaque instant, il en est de même pour la grandeur d I dt' Par exemple, la mesure de la distance x peut être obtenue dans les procédés connus en observant la loi d'Ohm à un instant to tel que I (to) = O; comme le courant de défaut est alors supposé nul, la résistance du défaut n'intervient plus dans 35 l'équation et la distance du défaut est donnée par: x = V(to) / lR I(to) + L -d(to) c'est-à-dire encore: x = V(to) / L I(t) Des considérations équivalentes prévalent dans les procédés antérieurs pour des défauts sur des lignes polyphasées. Plus précisément, un défaut entre la phase "a" et 15 la terre sur une ligne triphasée est traditionnellement analysé au moyen de la relation: Van = xlR Ia + L (d Ia/dt) + (Lo-L) (d Io/dt)l + 3 Rd Io Van = a a O dans laquelle Van est la tension de la boucle "an" au point de mesure; I est le courant de la a phase "a" au point de mesure; L est l'inductance linéique homopolaire de la ligne; et I O est le courant homopolaire donné par: 25 Io = (Ia + Ib + Ic)/3 "b" et "c" étant les deux autres phases de la ligne; ainsi, pour un défaut monophasé, la 30 détection de zone par rapport à une distance de référence X peut de façon connue être réalisée par comparaison des polarités des tensions: Van XlR Ia + L (d Ia/dt) + (Lo-L)(d Io/dt) l et R Ia + L (d Ia/dt) + (Lo-L)(d Io/dt) au moment du passage à zéro du courant IoDe même, un défaut entre les phases ':a" et "b" d'une ligne triphasée est traditionnellement analysé au moyen de la relation: 10 Vab = XlRo Iab + L (d Iab/dt)l + Rdo Iab ( 3) dans laquelle Vab est la tension de la boucle "ab" au point de mesure; et Iab est le courant de 15 la boucle "ab" au point de mesure; ainsi, pour un défaut entre phases, la détection de zone par rapport à une distance de référence X peut de façon connue être réalisée par comparaison des polarités des tensions: Vab XlR Iab + Lo(d Iab/dt)l ( 4) et lR Iab + Ln (d Iab/dt)l ( 5) au moment du passage à zéro du courant Iab O Dans ce contexte 2 l'amélioration apportée par l'invention consiste, pour déterminer la chute de tension dans le défaut, à ne plus faire application 30 directe du signal de mesure de courant, tel que I O ou Iab' en tant que signal de courant de défaut associé à la résistance Rdc, mais à utiliser à la place, en tant que signal de courant de défaut associé à la résistance Rdp un signal 35 pilote composite formé par une combinaison linéaire d'un signal représentatif du courant homopolaire et d'un signal représentatif d'un courant inverse. On rappelle que le courant inverse I a associé à ia la phase "a", et le signal le représentant, sont définis par l'expression: Iia =(/3)(Ia + a 2 Ib + a Ic), dans laquelle: 10 a = exp ( 2 j 1 /3), j représentant le nombre unitaire complexe pur. Les expressions des courants inverses associés aux deux autres phases "b" et 'c" svobtiennent à partir de l'expression de Iia par permutation circulaire des indices "a", '"b" et "c" Ainsi, le signal pilote composite Ip utilisé pour représenter le courant de défaut répond de façon générale à l'expression Ip = k 1 Io + k 2 Ii, dans laquelle k 1 et k 2 sont des constantes réelles ou imaginaires. Plus précisément, pour un défaut monophasé, phase "a" à 30 la terre, le signal pilote a la forme: Ipa k 1 Io + k 2 iia, et de préférence la forme: Ipa = Io k 2 'ia' I = 1 + 2 I. pa o la On peut montrer en effet que: Io + 2 Iia = Ia i F (Ib Ic) /3, de sorte que le signal Ipa peut être obtenu de façon aisée à partir des signaux de mesure de courant Ia' Ib et Ic, le nombre imaginaire j étant représentatif d'un déphasage de 900 qui, de façon connue, peut-être obtenu par intégration ou 10 différenciation. Toutefois le signal pilote Ipa relatif à la phase "a" pourrait être modifié en proportion relative de Io et de Iia par addition d'un terme 15 proportionnel au courant homopolaire Io; par exemple on pourrait donner à Ipa la valeur Ipa = ko Io + 2 Iia. Les signaux pilotes Ipb et Ipó utilisables pour 20 des défauts monophasés à la terre relatifs aux phases "b" et "c" respectivement répondent à des expressions analogues, obtenues par permutation circulaire des indices "a"', "b" et "c". Pour un défaut biphasé relatif aux phases "b" et "c", un signal pilote utilisable est par exemple pbc = (Io + 2 Iia> On montre en effet que: j\ + 2 Iia) = Ib Ic + ic +j 3 a de sorte que Ipbc peut être obtenu aisément à partir des signaux de mesure de courant Ia' ib et Ic. Toutefois le signal pilote Ipbc relatif aux phases "b" et "c" pour un défaut biphasé pourrait être modifié en proportion relative de Io O et de Iia par addition d'un terme proportionnel au courant homopolaire IOA la limite, par exemple, un signal pilote ilpcb =j 2 \r Iia, indépendant du courant homopolaire Io, serait utilisable aussi bien pour 10 le défaut biphasé "bc" isolé que pour le défaut biphasé "bc" à la terre pour lequel il existe un couplage de la phase "a" par rapport au défaut "bcn" et o il existe un courant de terre égal à 3 10. Outre les éléments déjà décrits, la figure 1 représente deux générateurs 4 et 5 disposés chacun à une extrémité de la ligne 1, ainsi que des transformateurs 6 et 7 respectifs les reliant à cette ligne Un interrupteur 8 relie le transformateur 6 à la terre et un interrupteur 20 9 relie la source 5 au transformateur 7. La position ouverte de ces interrupteurs donne un exemple extrême de dissymétrie avec, en M 1, une impédance homopolaire infinie et un courant homopolaire 25 nul et, en M 2, une impédance ipverse infinie et un courant inverse nul. La figure 2 illustre, de façon schématique, un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention 30 dans le cas d'un défaut entre la phase "a" et la terre (défaut an) d'une ligne triphasée. Des transformateurs de courant 10 a 10 b, 10 c associés à la ligne 1 au point d'implantation M 1 du relais 2 délivrent les signaux de mesure Ia' b' Ic, ainsi que le signal IR= Ia + Ib + Ic = 3 Io Un transformateur de tension 11 délivre le signal de mesure de tension Van donnant le potentiel de la phase "'a" par rapport à la terre. 10 Le signal pilote Tpa est formé dans un circuit -pa comprenant en série les secondaires d'une inductance mutuelle 12 et des transformateurs 13 et 14. La mutuelle inductance 12 comprend, au primaire, deux enroulements inverses respectivement parcourus par les courants Ib et Ic Le secondaire commun _ b c scnar ouu développe donc une tension proportionnelle à la 20 différence Ic Ib et déphasé de 90 par rapport Ib I co Le coefficient de mutuelle inductance peut être adapté pour être égal a 1/3. Le transformateur 13 comprend, au primaire, un 25 enroulement parcouru par un courant Ia et, au secondaire, un enroulement débitant sur une résistance variable 16 développant une tension proportionnelle Ka Kao Le transformateur 14 comprend, au primaire, un enroulement parcouru par le courant IR = 3 Io et, au secondaire, un enroulement débitant sur ane résistance variable 17 développant une tension proportionnelle K Ro I Ro Le signal Ipar correspondant à la tension développée dans le circuit série des secondaires des transformateurs 12, 13 et 14, est ainsi égal à R Ia + KR IR i 3 (Ib Ic) 3 et par exemple à ( 3 KR + 1) Io + 2 Iia si Ka= 1 a Le signal pilote Ipa' ainsi que les signaux 3 io (ou Io), Ia et Van sont adressés à une unité de traitement et de mesure 15 connue en elle-même, disposant des informations nécessaires sur les paramètres X, L et Lo, et susceptible de 15 fournir sur sa sortie 15 A une information de défaut par comparaison de la polarité des tensions données par les équations ( 2) ci-dessus au moment du passage à zéro du signal pilote Ipa20 De nombreux autre exemples de mise en oeuvre de l'invention pourraient être donnés; toutefois la description qui en est faite ci-dessus permettra à l'homme de l'art de les établir sans difficulté en se référant au fait que l'invention revient 25 toujours à utiliser, comme signal de courant de défaut associé à la résistances Rd, un signal pilote composite formé par une combinaison linéaire d'un signal représentatif du courant homopolaire et d'un signal représentatif d'un courant inverse. 30 Ainsi, pour prendre un nouvel exemple, le procédé évoqué ci-dessus en référence aux équations ( 4) et ( 5) consisterait, selon l'invention, à comparer les 13 polarités des tensions: Vab X lR Iab + L (d Iab/dt)l et lR Iab + L (d Iab/dt)l au moment du passage à z 4 ro du signal pilote Ipabî égal par exemple à F (Io + 2 Iic) 10 REVENDICAT IONS 1 Procédé pour déterminer, en un point de mesure d'une ligne de transport d'énergie électrique 5 en défaut, notamment d'une ligne triphasée, un paramètre de défaut tel que la distance entre le point de mesure et ce défaut ou la direction de ce défaut, consistant: à produire des signaux de mesure instantanés de tension et de 10 courant pour cette ligne, dont la résistance et l'inductance linéiques sont connues; à former, sur le schéma de la loi d'Ohm appliquée à la ligne, des combinaisons de ces signaux avec au moins une grandeur liée à une impedance, chaque 15 combinaison utilisant un signal pilote représentatif du courant de défaut; et à donner audit paramètre la valeur pour laquelle un ensemble d'au moins une de ces combinaisons vérifie la loi d'Ohm, caractérisé en ce que 20 ledit signal pilote représentatif du courant de défaut est constitué par une combinaison linéaire d'un signal représentatif du courant homopolaire et d'un signal représentatif d'un courant inverse. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal pilote est proportionnel à la somme d'un signal représentatif du courant homopolaire et du double d'un signal 30 représentatif d'un courant inverse. 3 Procédé suivant la revendication 2, utilisable pour un défaut entre une phase de la ligne et la terre, caractérisé en ce que ledit signal pilote est proportionnel à la somme d'un signal représentatif du courant homopolaire et du double d'un signal représentatif du courant inverse associé à la phase en défaut. 4 Procédé suivant la revendication 2, utilisable pour un défaut entre les deux premières des trois phases d'une ligne triphasée, caractérisé 10 en ce que ledit signal pilote est proportionnel à la somme d'un signal représentatif du courant homopolaire et du double d'un signal représentatif du courant inverse associé à la troisième desdites phases, et déphasé de 900 15 par rapport à cette somme. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 4, propre à déterminer, en un point de mesure d'une ligne de transport 20 d'énergie électrique en défaut, notamment d'une ligne triphasée, un paramètre de défaut tel que la distance entre le point de mesure (Ml) et ce défaut ou la direction de ce défaut, comprenant des premiers moyens ( 15) pour former des 25 combinaisons de signaux de mesure instantanés de tension et de courant avec au moins une grandeur liée à une impédance, et pour donner audit paramètre la valeur pour laquelle un ensemble d'au moins une de ces combinaisons 30 vérifie la loi d'Ohm, chaque combinaison utilisant un signal pilote représentatif du courant de défauts caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens ( 12, 13, 14, 16, 17) pour former un signal composite constitué par une combinaison linéaire d'un signal-représentatif du courant homopolaire et d'un signal représentatif de courant inverse, et en ce que ce signal 5 composite (Ipa) est appliqué auxdits premiers moyens pour constituer ledit signal pilote représentatif de courant de défaut.