Brevet FR2560456A1 — publié le 19850830

Dispositif de protection différentielle d'une ligne électrique à haute tension comprenant au moins un piquage La présente invention est relative à un dispositif de protection différentielle d'une ligne à haute tension comportant au moins un piquage. La Demanderesse a décrit, dans le brevet français n0 71 38431 déposé le 26 octobre 1971, publié sous le nO 2.157.699 et ayant pour titre "Dispositif de protection différentielle d'une ligne d'énergie électrique", un dispositif de protection différentielle d'une ligne de transport d'énergie comportant, sur un tronçon de la ligne équipé à une première extrémité d'un premier disjoncteur commandé et à une seconde extrémité d'un second disjoncteur commandé, des premiers moyens disposés à ladite première extrémité du tronçon pour élaborer une première tension image du courant de ligne à ladite première extrémité, des seconds moyens disposés à la seconde extrémité du tronçon pour élaborer une seconde tension image du courant de ligne à ladite seconde extrémité, des troisièmes moyens disposés du côté de la première extrémité du tronçon et recevant d'une part ladite première tension et d'autre part, par l'intermédiaire d'une ligne pilote, ladite seconde tension pour élaborer un signal image de leur écart relatif et commander ledit premier disjoncteur commandé lorsque ledit écart atteint un seuil prédéterminé, caractérisé par le Pait qu'il comporte en outre des quatrièmes moyens pour moduler à une première fréquence comprise entre 300 et 3000 Hz la tension à transmettre par ladite ligne pilote et des cinquièmes moyens pour démoduler et filtrer ladite tension modulée délivrée par la ligne pilote. Le dispositif ci-dessus ne peut être appliqué lorsque la ligne électrique comporte, entre ses extrémités, un ou plusieurs piquages. Un but de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection différentielle efficace pour une ligne à un ou deux circuits et comportant au moins un piquage. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de protection différentielle d'une ligne avec piquage capable de protéger la ligne dans le cas de défauts sur un seul circuit (défaut phase-terre, défaut phase-phase avec ou sans mise à la terre, défaut triphasé), dans le cas de défauts simultanés sur les deux circuits et dans le cas de défaut entre circuits. Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de protection différentielle capable de donner, en cas de défaut, un ordre de déclenchement dans un délai très court de l'ordre de 20 à 30 millisecondes. L'invention a pour objet un dispositif de protection différentielle d'une ligne électrique à haute tension comprenant une première et une seconde extrémité où sont placés des disjoncteurs et un piquage entre lesdits premières et secondes extrémités, et à l'extrémité duquel est placé un disjoncteur, caractérisé en ce qu'il comprend à chacune des extrémités de la ligne et à l'extrémité du piquage, des moyens pour élaborer pour chaque phase, un signal électrique proportionnel à la valeur vectorielle du courant traversant l'extrémité correspondante, des moyens pour émettre et recevoir des signaux électriques et notamment pour émettre vers l'une des extrémités de la ligne le signal courant de l'autre extrémité de la ligne et du piquage, le dispositif comprenant en outre, à chacune des extrémités de la ligne, des moyens pour élaborer un signal (dit signal-somme) égal à l'opposé de la somme des signaux de courants d'une extrémité de la ligne et de l'extrémité du piquage, des moyens pour déterminer si l'extrémité du vecteur représentant ledit signal-somme dans un plan de Fresnel est à l'intérieur ou à l'extérieur d'un contour donné et des moyens pour élaborer un ordre d'indication de défaut et un ordre de déclenchement des interrupteurs dans le cas ou l'extrémité de vecteur est à l'intérieur du contour. L'invention sera bien comprise par la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma unifilaire d'une ligne triphasée avec piquage - la figure 2 est un diagramme de Fresnel illustrant l'invention, - les figures 3A et 3B sont un schéma bloc d'une installation de protection différentielle placée à l'extrémité d'une ligne > r phasée La figure 1 représente schématiquement une ligne électrique triphasée L avec un piquage P. La ligne est protégée par des disjoncteurs DA et DB, le piquage par un disjoncteur DC. La lettre Q désigne le point de piquage. Le dispositif de protection différentielle est prévu pour protéger la ligne et le piquage en cas de défaut sur la ligne L intervenant dans la section comprise entre les points A et B, ou en cas de défaut sur le piquage. Les défauts extérieurs aux sections AB et QC n'ont pas à être considéré par le présent dispositif de protection. Le dispositif de protection est élaboré à partir des conditions suivantes. En l'absence de défaut, la somme vectorielle des courants IA, 1B et IC est nulle, au courant capacitif près. On a donc IA = - (IB + IC) ou IB = - (IA + IC) Le dispositif comprend des moyens pour élaborer, à chacune des extrémités A, B et C un signal image du courant IA, IB, IC. On utilise pour cela de maniera connue un transformateur de courant Chacune des extrénités de la liane est munie de moyens (MA, MB, MC) pour transmettre, vers les autres extrémités, le signal image élaboré à cette extrémité On peut utiliser tout type de transmission : - soit câble coaxial de préférence incorporé dans le câble de garde de la ligne.Cette solution conviendra pour les lignes courtes - soit fibre optique - soit faisceau @ertzien. Pour tous types de support de transmission, le signal est modulé en fréquence autour d'une fréquence porteuse à 2400 Hz dans la bande vocale 3@0 - 3400 Hz. Chacure des installations d'émission réception est équipée d'un organe de télicommande, comprenant un émetteur d'une porteuse modulée en fréquence. @@ l'absence d'ordre, la fréquence est par exem- ple @00 Hz et passe à 97@ Hz dans le cas contraire. Les signaux FM @@ntr@@ @ 2@@0 Hz et ceur de télécommande à 800 Hz peuvent être mixés pour fourair un signal unique inseriptible dans le gabarit normalisé de fréquences vocales. Aux extrémités A, D et de la ligne sont disposés en outre des dispositifs M'A, M'B, M'C dont la fonction va maintenant être décrite. Pour la clarté de l'exposé on décrira une phase du dispositif de l'extrémité A. Les extrémités B et C sont identiques à A. L'ensemble du système comporte donc 9 dispositifs identiques = 3 (1 pour chaque phase) X 3 (1 pour chaque extrémité). On s'appuiera sur le diagramme de Fresnel de la figure 2, dans lequel la tension U est en ordonnées et le courant I en abscisses. Le signal image du courant IA de l'extrémité est retardé, par une ligne à retard, pour tenir compte du temps de transmission des signaux IB et IC en provenance des extrémités B et C. il est noté iA1 Le temps de retard est aisément calculé compte tenu de la vitesse de propagation de la porteuse, de la longueur de la ligne et des éventuels délais dus à l'encombrement des voies hertziennes. A titre d'exemple, un délai maximal de 5 millisecondes est suffisant pour les cas d'application usuels. Les signaux IB et IC représentatifs des courants aux extrémités B et C sont reçus dans le dispositif M'A. Après traitement par des lignes à retard réglables, destinées à annuler tout déphasage parasite entre les grandeurs comparées à une extrémité, on en déduit les signaux 1tBl et iC1 On notera toute fois que cette compensation des temps de propagation ne demeure pas parfaite dans le temps, compte tenu des fluctuations possibles des délais de transmission. Les signaux i31 et ici qui sont additionnés et inversés pour donner un signal IE dont la phase peut varier entre deux valeurs #a ce qui donne deux valeurs IE#a et IE L'amplitude de IE est également sujette à une certaine variation due aux erreurs des appareils de mesure (de courant par exemple). Il en résulte que 1E excursionne en amplitude entre deux valeurs IE1 et IE2. Ceci détermine pour IE, dans le diagramme de Fresnel, un contour curviligne. Si IE est à l'intérieur de ce contour, il n'y a pas défaut. Si IE est à l'extérieur de ce contour c'est qu'il y a défaut. On choisit, plutot qu'un contour curviligne, un contour rectangulaire M N P Q, (figure 2), de réalisation pratique plus aisée. La détermination de la question de sa-oir Si le point IE est ou non à l'intérieur du rectangle se fait par mesure des phases des vecteurs IE M, M N et M Q et conjointement celle des vecteurs IE N , P N et P Q. On procède de la même façon avec les grandeurs vectorielles iA1 composées à iB1, ceci pour tenir compte du cas ou IA est nul (L'une quelconque des extrémités peut avoir un courant nul). Les figures 3A et 3B représentent un schéma par bloc de l'installation de l'extrémité A de la ligne L, pour une des phases de la ligne, la phase 1. La référence 10 représente un transformateur de courant à prise recevant le courant IA et fournissant un courant image iA0 (t) mis en forme par un circuit 11 pour donner un signal 1A2 (t). Le rectangle 20 représente un circuit émetteur-modulateur qui émet, en direction des extrtémités B et C, à travers un circuit d'inter- face de sortie 21, le signal image du courant de l'extrémité A. Les rectangles 30 et 40 représente des circuits récepteur-démodulateur recevant respectivement, à travers les circuits d'interface 31 et 41 les signaux de courant mis en forme en provenance des extrémités B et C. Ces signaux, représentatifs des courants de la phase 1, sont désignés par iB2 (t) et iC2 (t). Les signaux de courants émis par les circuits 11, 30 et 40 sont envoyés sur des lignes à retard respectivement 22, 32, 42 qui élaborent des signaux iA1 (t) = iA2 (t - tA), iB1 (t) = iB2 (t - tB), iC1 (t)iC2 (t - tC). Les valeurs des retards tA, tB et tC sont choisies en fonction des conditions de transmission et des distances des extrémités des lignes. Un circuit sommateur 51 reçoit les trois signaux en provenance des circuits à retard et élabore la somme ID = iA1 (t) + iB1 (t) + iC1 (t) Le signal ID est envoyé à un circuit comparateur 52 qui élabore un signal de sortie si 1D dépasse un certain seuil (correspondant au courant capacitif maximal susceptible d'apparaître pour un défaut e:térieur à la zone à potéger). Ce signai d- sortie est envoyé sur une première entrée d'un circuit ET 53 commandant un circuit 55 d'élaboration dVun ordre S de déclenche ment à travers un circuit d'autocontrôles interne 54. Ce dernier circuit, du type ET, ne laisse transiter l'ordre que si un circuit 56 d'élaboration et de surveillance de l'alimentation en tension + 12 V donne un signal d'accord. Les signaux émis par les circuits 32 et 42 sont envoyés sur un circuit sommateur 60 qui élabore un signal IE = iB1 (t) + iC1 (t) qui est envoyé sur un circuit 61 recevant sur une autre entrée le signal iA1 (t). Le circuit 61, réalisé à l'aide de plusieurs comparateurs de phase, qui contient en mémoire les caractéristiques du contour M N P Q dont il a été question plus haut, détermine si le vecteur IE est à l'intérieur du contour ou à l'extérieur. S'il est à l'extérieur, le circuit 61 émet un ordre envoyé sur le circuit ET 53. Le circuit 57 associé au circuit 58 joue le même rôle vis-à-vis des grandeurs IA1 et IC1 comparées à IB1 s que les circuits 60 et 61 pour les grandeurs 1B1 et a comparées à IA1 . Un circuit logique OU (59) aiguille les informations issues de 61 ou de 57 sur le circuit "ET" 53. Le circuit 70 est un circuit vérifiant la bonne mise en route du système ; dans ce cas il envoie un signal d'accord au circuit d'autocon trôles internes 54 et au circuit ET 83. Le circuit de mise en route a pour rôle de déterminer qu'un défaut intervient sur le réseau haute tension sans toutefois le localiser. A cet effet, ce circuit peut détecter par exemple l'existence de surintensités ou des augmentations brusques de courant ou des diminutions brusques de la tension à l'extrémité considérée. Le circuit 70 reçoit les courants iAO phase 1 (noté iAO (t)), iAO phase 2 (noté iAO PH2), iAo phase 3 (noté iAO PH3), qui sont les 3 courants de l'extrémité A. il reçoit également les 3 valeurs de tension simple de l'extré- mité A : V1T' V2T' 3T- Le circuit est complété par des organes 30B et 40C pour la surveillance des transmissions respectives de B vers A et de C vers A. En cas de défaillance de l'une ou l'autre des transmissions, un signal, transmis par un circuit OU 81, vient inhiber le circuit de déclenchement 55. Si l'une des protections existant aux extrémités B et C a détecté un défaut interne confirmé par la mise en route, une information est émise par les systèmes se trouvant en B et C. L'information est reçue par 30 ou 110 et transmise par un circuit OU 82 au circuit 55 par les lignes 102 ou 103. @éciproquement, en cas de détection d'un défaut à l'intérieur du tronçon protégé une information est émise par le circuit 55 et envoyée par la liaison 100 et l'émetteur 20 vers les extrémités B et C. Il est possible de faire émettre un ordre de déclenchement par le circuit 55 de l'extrémité A en cas de défaut vu par B ou C grâce aux liaisons 102 et 103 qui relient respectivement les circuits 30 et 110 au circuit 55. Pour éviter tout déclenchement intempestif, le circuit 55 est protégé par un circuit ET 83 en amont du circuit 55 et qui n'autorise le circuit 55 que s d?une part le circuit de mise en route est d'accord et d'autre part, que si il existe un défaut ru par les circuits 52 et 61 (ou (57)). Un des points essentiels de l'invention est que chaque fois qu'un des systèmes est en état de pouvoir émettre un ordre de déclenchement il émet l'information en direction des deux autres postes (de préférence dans la bande 800 # 175 Hz). L'utilisateur dispose ainsi de trois informations ; il lui est ainsi possible de @h@isir ainsi la @eilleure manière de commander le déclenchement, en fonction des impératifs de fiabilité et de sécurité. Ainsi @@ pourra chois@r de déclencher si l'ordre vient de A seulemont, ou si on a un ordre simultané de A et B (ou A et C), ou si on a un crdre simultané des trois postes A, B et C. Un système de verrouillage permet de mettre hors service la protection à partir de l'une quelconque de ses extrémités A, B ou C. A est effet, si l@@n verrouille la protection à l'extrémité A, en agissant par exemple sur un interrupteur 90 relié au circuit 55, la fréquence de télécommande, initialement à 800 Hz subit un déplacement de fréquence @ 625 Hz par exemple. Ce signal est reconnu aux extrémités B et @ @om@@ étant un signal de verro@illage de par sa fréquence caractéristique de 625 Hz et inhibe tout ordre de déclenchement possible au niveau du circuit 55 par l'int@rmédiaire du circuit OU 82. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection différentielle d'une ligne électrique (L) à haute tension comprenant une première (A) et une seconde (B) extrémité où sont placés des disjoncteurs CDA, DB) et un piquage entre lesdits premières et secondes extrémités, et à l'extrémité (C) duquel est placé un disjoncteur (DC), caractérisé en ce qu'il comprend à chacune des extrémités (A, B) de la ligne et à l'extrémité du piquage, des moyens pour élaborer poùr chaque phase, un signal électrique proportionnel à la valeur vectorielle du courant (IA, IB, Ic) traversant l'extrémité correspondante, des moyens (MA, MB, MC) pour émettre et recevoir des signaux électriques et notamment pour émettre vers l'une des extrémités de la ligne le signal courant de l'autre extrémité de la ligne et du piquage, le dispositif comprenant en outre, à chacune des extrémités (A, B, C) de la ligne, des moyens (M'A, M'B, M'c) pour élaborer un signal (dit signal-somme) égal à l'opposé de la somme des signaux de courants d'une extrémité de la ligne et de l'extrémité du piquage, des moyens pour déterminer si 1 1extrémité du vecteur représentant ledit signal-somme dans un plan de Fresnel est à l'intérieur ou à l'extérieur d'un contour donné et des moyens pour élaborer un ordre d'indication de défaut et un ordre de déclenchement des interrupteurs dans le cas ou l'extrémité de vecteur est à l'intérieur du contour. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que tordre d'indication de défaut émis par le dispositif est transmis aux dispositifs situés aux autres extrémités. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens pour émettre et pour recevoir les signaux de courant sont associés à des circuits (22, 32, 42) élaborant des retards purs. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (55) pour élaborer un ordre d'indication de défaut comportent un moyen (90) d'inhibition et fournissent un signal d'indication de cette inhibition transmis aux autres extrémités.