Brevet FR2601201A1 — publié le 19880108

- 1 DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS POUR RESEAU ALTERNATIF ET DISJONCTEUR-LIMITEUR APPROPRIE A UN TEL DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif de protection d'un réseau alternatif de distribution contre les courants de court-circuit, ainsi qu'un disjoncteur-limiteur approprié à un tel dispositif. Dans le but d'assurer une telle protection, il est connu depuis plusieurs années d'utiliser des disjoncteurs de type limiteur. Peu encombrants et légers, ces disjoncteurs sont capables d'effectuer une coupure ultrarapide de courants 10 présumés très importants, par exemple de 50 à 100 kA, en limitant l'intensité crête à une valeur de 15 à 30 kA par exemple. Les efforts électrodynamiques dans les jeux de barres sont ainsi réduits à des valeurs environ dix fois plus faibles que celles rencontrées avec des disjoncteurs 15 non limiteurs et les énergies mises en jeu sont environ trente à cent fois plus faibles. Les disjoncteurs-limiteurs présentent des contacts séparables et un déclencheur magnétique susceptible d'ouvrir ces 20 contacts par l'intermédiaire d'une serrure quand le courant atteint un seuil de déclenchement; les contacts séparables - ou d'autres contacts séparables en série avec ceux-ci - - 2 sont susceptibles d'être ouverts très rapidement par répulsion électrodynamique lorsque le courant qui les traverse atteint un seuil de répulsion généralement légèrement supérieur au seuil de déclenchement. De ce fait, les disjoncteurs-limiteurs ont généralement pour inconvénient de manquer de sélectivité et, si l'on utilise de tels appareils répartis sur plusieurs niveaux dans un système de distribution, on constate que le fonctionnement 10 du système n'est pas satisfaisant. En effet, dès que le courant atteint dans un disjoncteur-limiteur aval le seuil de limitation, les contacts à répulsion électrodynamique du disjoncteur s'ouvrent. Comme le courant continue de croître pendant 1,5 à 2 ms avant de régresser, il risque de dépasser 15 le seuil de limitation du disjoncteur-limiteur amont associé et l'on peut craindre que celui-ci déclenche également avec pour résultat la coupure de l'ensemble des branches aval qu'il alimente. Il en résulte que l'on désire, pour assurer la continuité de service, disposer aux niveaux amont des 20 disjoncteurs dits sélectifs laissant passer la pointe de courant plutôt que des disjoncteurs-limiteurs. L'absence de disjoncteurs-limiteurs au niveau immédiatement en amont - et a fortiori aux autres niveaux amont - entraîne 25 dès lors des courants de court-circuit plus élevés et des efforts électrodynamiques considérables, ce qui nécessite d'utiliser pour le système de distribution des disjoncteurs lourds et chers et des jeux de barres très rigides et donc coûteux. L'invention a notamment pour but d'obvier à ces inconvénients en concevant un dispositif de protection qui comprend des disjoncteurs- limiteurs sur au moins deux niveaux successifs du système de distribution et qui présente néanmoins la 35 sélectivité souhaitée. Elle a pour autre but d'obtenir une telle sélectivité à l'aide de moyens électroniques simples et vise enfin à - 3 privilégier la sécurité dans le cas d'un défaut affectant le bon fonctionnement desdits moyens. L'invention concerne un dispositif de protection d'un réseau 5 alternatif de distribution contre les courants de courtcircuit, le réseau comprenant au moins un disjoncteurlimiteur amont et au moins un disjoncteur-limiteur aval placés en série sur une branche amont et respectivement au moins une branche aval dépendante du réseau et comportant 10 chacun un circuit principal de puissance doté de contacts séparables, d'un déclencheur magnétique susceptible d'ouvrir lesdits contacts lorsque le courant atteint un seuil de déclenchement et d'un limiteur capable d'ouvrir lesdits contacts - ou d'autres contacts en série avec ceux-ci 15 lorsque le courant atteint un seuil de limitation. Selon l'invention, la branche aval est munie d'un capteur d'intensité relié à un circuit de traitement qui génère un signal de neutralisation pour le disjoncteur-limiteur amont 20 lorsque le courant dans la branche aval dépasse un seuil de neutralisation déterminé inférieur au seuil de déclenchement et/ou au seuil de répulsion du disjoncteur-limiteur amont; un couple de thyristors tête-bêche est disposé en parallèle au circuit principal de puissance du disjoncteur25 limiteur amont; un circuit de commande des gâchettes des thyristors est agencé et commandé par le signal de neutralisation provenant du disjoncteur-limiteur aval pour rendre passants les thyristors et inhiber pendant une durée au plus égale à une alternance le circuit principal de puissance du 30 disjoncteur-limiteur amont. On parvient ainsi, par des moyens électroniques de neutralisation très simples, à concilier la sélectivité recherchée avec l'usage de disjoncteurs-limiteurs. 35 La description faite ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif va permettre d'expliciter d'autres caractéristiques et avantages de l'invention. -4 La figure 1 est le schéma du dispositif de protection conforme à l'invention; La figure 2 représente l'évolution d'un courant de 5 courtcircuit et de la tension correspondante d'arc du disjoncteur-limiteur aval dans le dispositif de la figure 1. Le dispositif de protection illustré sur la figure 1 vise à 10 protéger un réseau alternatif de distribution contre les courants de court-circuit. Le réseau présente plusieurs niveaux de distribution successifs, à savoir par exemple des niveaux terminaux Ni, des niveaux secondaires N2 et un niveau général N3. 1-5 Entre les niveaux Nl et N2 sont disposés des disjoncteurslimiteurs Dl, D'l, etc...; entre N2 et N3-des disjoncteurslimiteurs D2, D'2, etc...; en amont de N3 un disjoncteur éventuellement limiteur D3. Les disjoncteurslimiteurs en 20 question peuvent être à commande manuelle, électrique, pneumatique, etc... Chaque disjoncteur-limiteur présente un circuit principal de puissance doté d'un déclencheur magnétothermique 10 agis25 sant via une serrure l1 sur des contacts séparables 12. Le circuit principal de puissance présente un organe limiteur non indiqué, intégré ou juxtaposé au disjoncteur proprement dit et comprenant des contacts séparables à répulsion électrodynamique ou à percussion confondus avec les contacts 30 12 ou en série avec ceux-ci. Dans chaque branche comprenant un disjoncteur-limiteur Dl, D'l,... et dépendante de la branche amont du réseau sur laquelle est disposé le disjoncteur-limiteur D2, on prévoit 35 un capteur d'intensité 13 dont la sortie est connectée à un circuit de traitement de signal à seuil 14 susceptible de délivrer un signal de neutralisation S. Le capteur 13 peut avantageusement faire partie du déclencheur magnétique. Le - 5 circuit de traitement à seuil peut être intégré au disjoncteur-limiteur amont D2 ou à un bloc additif associé à celuici. Dans le cas présent, les circuits de traitement à seuil 14 sont associés aux disjoncteurs-limiteurs Dl, D'l,... et 5 leur servent de circuits de sortie, en étant eux-mêmes reliés au disjoncteur-limiteur amont D2, plus précisément à un circuit d'entrée 15 associé à ce dernier. Le circuit d'entrée 15 est connecté à un circuit 16 de commande des gâchettes de thyristors TH1, TH2 montés tête-bêche en paral10 lèle au circuit principal de puissance du disjoncteurlimiteur amont D2. Selon les cas et notamment en fonction du mode de transmission adopté - bus monoconducteur ou liaison à plusieurs conducteurs - le circuit de traitement à seuil 14 de Dl, D'l,... ou le circuit d'entrée 15 de D2 présente 15 un élément logique assurant la combinaison logique OU. Dans le cas le plus simple, cet élément logique est une diode 18 permettant la neutralisation de D2 à partir de l'un quelconque des disjoncteurslimiteurs dépendants Dl, D'l,... Le fonctionnement du dispositif selon l'invention va être expliqué en regard de la figure 2. Lorsque survient un courant de court-circuit Icc susceptible de se développer selon la courbe "Icc présumé" dans le 25 circuit terminal protégé par D1, le limiteur de Dl ouvre la branche correspondante à l'instant t1 puis le déclencheur magnétothermique de D1 confirme cette ouverture; il se développe ainsi une tension d'arc UARc aux bornes de D1. Les valeurs IA1' ID1 et IRl désignent respectivement pour le disjoncteurlimiteur Dl les seuils de courant de neutralisation du circuit de traitement à seuil 14, de déclenchement de la serrure 11 et de limitation ou de répulsion électrodynamique de l'organe limiteur. Les valeurs IA2, ID2, IR2 et 35 IA3, ID3, IR3 désignent des seuils homologues pour les disjoncteurs-limiteurs D2 et D3. Le dispositif ne peut fonctionner que si IA1 peut être par exemple égal à ID1. - 6 En cas de court-circuit au point A du circuit terminal protégé par Dl, dès que le courant atteint le seuil de neutralisation IA1 du circuit de traitement 14 de Dl, ce dernier délivre un signal de neutralisation S en réponse 5 auquel le circuit 16 de D2 génère un signal d'allumage de préférence de l'ordre de quelques millisecondes pour les gâchettes des thyristors THE1, TH2. L'allumage peut être rendu possible quelques microsecondes après le passage du seuil IA1. Avant que le courant franchisse le seuil de 10 limitation IR2, la baisse de pression des contacts 12 entraîne une augmentation de la tension anode-cathode des thyristors. Lorsque cette tension atteint par exemple une dizaine de volts, l'allumage de l'un des thyristors est effectif. Celui des deux thyristors qui est devenu passant 15 shunte les contacts du circuit principal de puissance du disjoncteur-limiteur amont D2 juste avant que le courant passe par le seuil de limitation IR2; de la sorte, le courant est transféré dans le thyristor en empêchant le déclenchement de l'organe limiteur et de la serrure de D2. 20 Le disjoncteur-limiteur D2 continue donc avec l'aide des thyristors tête-bêche d'alimenter les branches aval portant D'l, etc... ce qui détermine la continuité de service recherchée. Le seuil de déclenchement ID1 puis le seuil de limitation IRl ayant été dépassés dans le disjoncteur-limiteur Dl, celui-ci coupe la branche correspondante en développant une tension d'arc, de sorte que l'on constate la diminution de dIcc/dt puis de Icc. Le thyristor mis en conduction reste à l'état passant jusqu'à ce que le courant de court-circuit repasse par zéro, c'est-à-dire conduit pendant au plus une alternance de courant. Les contacts du disjoncteur-limiteur amont D2 35 recommencent alors à acheminer la totalité du courant de la branche amont. Il convient de noter que la faible durée de - 7 conduction des thyristors entraîne une faible dissipation thermique de ceux-ci et donc l'absence de radiateurs. En outre, les thyristors ne coupent pas le courant de courtcircuit, puisqu'ils opèrent pour shunter et déshunter le 5 circuit principal de puissance du disjoncteur-limiteur. Ils dV ne subissent donc pas à la coupure des dv importants. En cas de court-circuit au point B du niveau de distribution N2, la sélectivité peut être assurée de la même manière par 10 des moyens similaires qu'il n'est pas nécessaire de décrire davantage. Il est prévu dans le circuit de traitement à seuil 14 une logique à retard ou un élément de temporisation interdisant 15 la réémission d'un second signal de neutralisation dans un délai prédéterminé, par exemple supérieur au moins à quelques périodes, après l'émission du premier signal de neutralisation S. De la sorte, en cas de soudure des contacts ou de défaut de coupure du disjoncteur-limiteur aval Dl, les 20 disjoncteurs- limiteurs amont D2 - et éventuellement D3 si Dl n'a pas coupé - ne restent neutralisés que pendant au plus une alternance de courant. Ainsi, à l'alternance suivante, la sélectivité n'est plus assurée car les thyristors ne conduisent plus et les deux disjoncteurs amont sont alors 25 sollicités et doivent couper ensemble si le seuil IA2 a été atteint. On notera que l'on privilégie ainsi après l'achèvement du délai prédéterminé la sécurité par rapport à la sélectivité. Le dispositif a été décrit dans un souci de simplicité pour un réseau de distribution monophasé, mais il s'applique bien entendu également à la protection de tout réseau de distribution polyphasé. Il s'utilise avantageusement dans le cas de disjoncteurs télécommandés. 35 Les thyristors TH1, TH2 et les circuits associés à courants faibles 15, 16 et éventuellement 14 peuvent être, soit - 8 intégrés dans le bottier du disjoncteur-limiteur correspondant, soit être logés dans un appareil additif 19 juxtaposable audit boîtier et interconnectable avec les bornes de puissance de celui-ci. -9 Revendications 1. Dispositif de protection d'un réseau alternatif de distribution contre les courants de court-circuit, le réseau comprenant au moins un disjoncteur-limiteur amont et au moins un disjoncteur-limiteur aval, ces disjoncteurs5 limiteurs étant placés en série sur une branche amont et respectivement sur au moins une branche aval dépendante du réseau et comportant chacun un circuit principal de puissance doté de contacts séparables, d'un déclencheur magnétique et d'un limiteur capables de couper la branche correspondan10 te lorsque le courant atteint respectivement un seuil de déclenchement (ID) et un seuil de limitation (IR), caractérisé par le fait que: - la branche aval présentant le disjoncteur-limiteur aval 15 (D1) est munie d'un capteur d'intensité (13) relié à un circuit de traitement à seuil (14) qui génère un signal (S) de neutralisation d'ouverture des contacts pour -le disjoncteur-limiteur amont (D2) lorsque le courant dans la branche aval dépasse un seuil de neutralisation déterminé 20 (IA1) inférieur au seuil de déclenchement (ID) et/ou au seuil de limitation (IR) du disjoncteur-limiteur amont (ID2), - un couple de thyristors tête-bêche (TH1, TH2) est disposé en parallèle au circuit principal de puissance du disjonc25 teur-limiteur amont (D2), tandis qu'un circuit (16) de commande des gâchettes desdits thyristors est agencé et commandé par le signal de neutralisation (S) provenant du disjoncteur-limiteur aval (D1) pour rendre passant l'un au moins des thyristors et inhiber pendant une durée au plus 30 égale à une alternance le circuit principal de puissance du disjoncteur-limiteur amont (D2). 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit de traitement à seuil 35 (14) comprend une logique à retard interdisant après l'émission d'un premier signal de neutralisation (S) la réémission - 10 d'un autre signal de neutralisation dans un délai prédéterminé. 3. Dispositif de protection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le circuit (16) de commande des gâchettes des thyristors génère un signal d'allumage de l'ordre de quelques millisecondes. 4. Disjoncteur-limiteur pour dispositif de protection selon l'une des revendications 1 à 3, présentant: - un circuit principal de puissance doté de contacts séparables, d'un déclencheur magnétique susceptible d'ouvrir 15 lesdits contacts lorsque le courant atteint un seuil de déclenchement (ID) et d'un limiteur capable de couper la branche correspondante lorsque le courant atteint un seuil de limitation (IR), caractérisé par le fait qu'il comprend: - un capteur d'intensité (13) relié à un circuit de-traitement à seuil d'intensité (14) qui génère un signal (S) de neutralisation d'ouverture des contacts pour un disjonc25 teur-limiteur amont, - un couple de thyristors tête-bêche (TH1, TH2) disposé en parallèle sur le circuit principal de puissance, ainsi qu'un circuit (16) de commande des gâchettes des thyristors agencé et commandé par le signal de neutralisation 30 (S) provenant d'un disjoncteur-limiteur aval dépendant pour rendre passant l'un au moins des thyristors et inhiber pendant une durée au plus égale à une alternance ledit circuit principal de puissance. 5. Disjoncteur-limiteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend un élément logique assurant la combinaison logique OU des signaux de neutralisation de plusieurs disjoncteurs-limiteurs aval dépendant d'un même disjoncteur-limiteur amont.