Brevet FR2613152A1 — publié le 19880930

La présente invention concerne un transformateur éi er'- trique ainsi qu'une installation électrique de puissance et un procédé de protection contre les courants de court-circuit survenant dans l'installation électrique de puissance. Dans tout générateur ou récepteur électrique les courants de court-circuit sont limités par leur propre impedance interne. La tradition impose dans le calcul des machines électriques de fixer une valeur d'impédance interne constante pour limiter les courants de court-circuit. Ces valeurs varient en pratique de 5 à 15 X, voire plus dans certaines applications et constituent un handicap dans la recherche d'une optimisation d'une machine électrique au niveau du rendement, de la tension de court-circuit et du courant de court-circuit, ces trois derniers paramètres définissant la fiabilité d'une machine électrique en utilisation. L'impédance interne présente un intérét occasionnel lors du fonctionnement anormal de la machine, par exemple, en cas de courants de court-circuit importants, alors que pendant tout son fonctionnement normal elle a l'inconvénient de consommer de l'énergie inutilement. La présente invention a pour objectif de lever le handicap énoncé ci-dessus dans la recherche d'une optimisation d'une machine électrique. A cet effet, un premier objet de la présente invention est un transformateur électrique dont la conception autorise une minimisation de son impédance interne permettant ainsi une optimisation de son rendement en utilisation normale tout en conservant sa fiabilité en utilisation anormale notamment en cas de courants de court-circuit trop élevés. Ce transformateur électrique est du type comportant au moins deux bobinages de circuit primaire indépendants associés chacun à un circuit magnétique individuel et un bobinage de circuit secondaire commun aux bobinages de circuit primaire tel que décrit dans le brevet français n 2 527 832. Selon la présente invention le transformateur est caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande de la gradation de O à 100S de son impédance interne et de sa puissance globale qui agissent sur l'état d'au moins un boblnagf- de circuit primaire. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de commande n'agissent que partiellement sur la valeur de l'impédance interne et la puissance du transformateur La présente invention a également pour objet, une installation électrique de puissance mettant en oeuvre ledit transformateur en tant que transformateur de puissance alimentant un réseau d'utilisateurs, et qui comporte en outre un détecteur d'intensité en amont du réseau d'utilisateurs, ainsi qu'un procédé de protection contre les courants de court-circuit de ladite installation A cet effet, l'installation électrique de puissance est caractérisée en ce que le transformateur a une structure conforme à celui décrit précédemment et en ce que ses moyens de commande coopèrent avec le détecteur d'intensité pour faire varier l'impédance et la puissance globale du transformateur lorsque se produit un défaut électrique dans le réseau d'utilisateurs. Selon un mode de réalisation particulier, l'installation électrique de puissance peut comporter deux bobinages de circuit primaire dont l'un représente 15 % de la puissance globale du transformateur. Le procédé de protection contre les courants de courtcircuit de ladite installation est caractérisé en ce que: -on détecte le défaut (anomalie) de courant de courtcircuit par le détecteur d'intensité situé en aval dudit transformateur, -on augmente l'impédance interne du transformateur par les moyens de commande coopérant avec le détecteur d'intensité, -et on diminue la puissance globale du transformateur de manière concomittante à l'augmentation de l'impédance avec les mêmes moyens de commande. Avantageusement, on augmente l'impédance interne du transformateur de manière concomittante à la diminution de sa puissance en mettant au moins un bobinage de circuit primaire préalablement alimenté, dans un état non alimente et dit 'eret de celui de court-circuit. Selon une mise en oeuvre particuliere du procede de protection, on met un bobinage du circuit primaire représentart 15 S de la puissance globale du transformateur et préalablement alimenté, dans un état non alimenté et différent de celui de court-circuit. D'autres caractéristiques et avantages de 1' invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés sur lesquels: -la figure 1 est schéma électrique du transformateur conforme à l'invention, -la figure 2 représente un schéma d'une installation électrique de puissance mettant en oeuvre le transformateur en tant que transformateur de puissance. Comme on peut le voir sur la figure 1, le transformateur peut comporter des bobinages de circuit primaire indépendants (1 > de deux jusqu'à "n", associés chacun à un circuit magnétique individuel ;-4), ces "n" bobinages induisant dans un bobinage de circuit secondaire commun (61. I1 comporte donc une structure de base telle que celle décrite dans le brevet fran çais n" 2 527 832. Afin d'atteindre les objectifs de la présente invention, le transformateur comprend en outre des moyens de commande de la gradation de son impédance interne qui peuvent étre constitués par des contacteurs électriques (5 > situés sur l'alimentation en tension t7) de chaque bobinage de circuit primaire.Ces contacteurs maintiennent leur bobinage respectif dans un état alimenté selon une première position (en pointillé sur la figure), ou dans un état non alimenté et different de celui de court-circuit (shunt) selon une deuxième position Cette deuxième position du contacteur a pour effet de provoquer une augmentation de son impédance interne et SlmUl- tanément une diminution de sa puissance d'une valeur corres- pondant à la valeur du bobinage concerné. Cette effet tecînique est particulièrement intéressant puisqu' il confere une fonc:iur. de gradateur d'impédance au transformateur qui n' est pas enxlsa- gée dans le brevet français n' 2 527 832, et qui débouche sur les applications décrites ci-aprés. A l'exception de quelques applications particulieres telles que celles décrites ultérieurement, on voit qu'il est possible à l'homme de l'art de faire varier graduellement l'impédance interne du transformateur de O à 100 X avec une précision qui dépend du nombre "n" et de la valeur respective des plus petits bobinages. A cet effet, un dispositif programmable tel que celui prévu dans le brevet français n' 2 527 832, peut également être utilisé pour agir sur les contacteurs de manière à obtenir automatiquement une augmentation ou une diminution de l'impédance interne du transformateur. De même, le choix du type de contacteur (5) qui présente de préférence une vitesse de commutation très grande est du ressort de l'homme de l'art d'après les conditions de fonctionnement du transformateur. Sur la figure 2, une installation électrique de puissance comprend le transformateur selon l'invention dimensionné en tant que transformateur électrique de puissance (8) pour alimenter un réseau d'utilisateurs (RJ ,R2,...Rn) en courant sensiblement stable autour d'une valeur définie. Un contrôleur d'intensité (9) est placé en amont du réseau d'utilisateurs afin de détecter un fonctionnement anormal dans l'installation par exemple un court-circuit sur le réseau d'alimentation ou au niveau d'un utilisateur "Rn'. Ce contrôleur coopère avec les moyens de commande (5) pour agir sur l'état des bobinages de circuit primaire selon l'intensité de courant perçu. Le contre leur est constitué d'un détecteur de seuil de courant du type connu relié à des moyens de commande de type connu, électrotechnique ou électronique relié à un système de résistance de commutation à progression binaire (non représenté). En cas de multiples bobinages de circuit primaire, il peut étre prévu un programmateur séquentiel (10) ayant des valeurs de seuil de courant pré-enregistrées, relié au détecteur d'intensite pou agir a sa sortie (11) séquentiellement sur les moyens de commande du transformateur en fonction de i 'into'isitt- courant détectez. Selon un mode de réalisation particulierement sll7:ple le transformateur utilisé a l'avantage d'être constitué d'un bobi nage de circuit primaire principal et un bobinage de circuit primaire" tampon représentant respectivement 85 Fo et 15 sa puissance globale. Ainsi réalisée, l'installation offre une sécurité vis à vis des courants de court-circuit trop élevés en autorisant la mise en oeuvre du procédé de protection dont le fonctionnement est le suivant: Les bobinages étant alimentés, lorsqu'un courant de court-circuit est supérieur au seuil de courant fixé dans le contrôleur d'intensité (6), ce dernier agit sur les contacteurs pour augmenter l'impédance interne du transformateur et simulta nément diminuer sa puissance globale. Cela a naturellement pour effet d'amener le courant à un niveau plus faible selon la valeur du bobinage de circuit primaire dont l'état a été modifié. Il est particulièrement avantageux d'agir sur le contacteur correspondant au bobinage tampon (8) pour augmenter l'impédance interne d'une valeur équivalente à celle imposée par la réglementation en vigueur, en l'occurrence 15 %. Dés lors, il devient possible en fonctionnement normal d'avoir un transformateur dont l'impédance interne a été calculée au minimum, environ 1 X, puisque la protection de l'installation contre les défauts de courants de court-circuit est assurée comme indiquée cidessus. Ainsi, une telle installation a l'avantage afin d'avoir le meilleur rendement possible tout en satisfaisant les normes de sécurité. D'autres avantages du transformateur gradateur d'impédance conforme à la présente invention sont mis en évidence non seulement au niveau de la protection de machines en général, mais aussi au niveau de la mise en fontionnement d'engins électriques tels que poste de soudure, centrle d'éclairage à incandescence d'autoroute, plate-forme d'essais a cos e variable, création de self serie dans le transi: d'énergie à longue distance pour éviter des etats de résonances ou de bouchons etc. En fait, toute application du transformateur a grada- tion d'impédance dans laquelle on modifie son impedance suivant un programme séquentiel asservi rentre dans le cadre de a présente invention. REVENDICATIONS 1- Transformateur électrique du type comaortar.t a moins deux bobinages de circuit primaire indépendants assoles chacun à un circuit magnétique individuel et un bobinage de circuit secondaire commun aux bobinages de circuit primaire. caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de commande (5) de la gradation de son impédance interne et de sa puissance globale de O à 100 X. 2- Transformateur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de la gradation de son impédance interne et de sa puissance globale sont des contacteurs (5) qui peuvent maintenir au moins un bobinage de circuit primaire dans un état alimenté selon une première position, ou dans un état non alimenté et différent de celui de court-circuit selon une deuxième position. 3- Installation électrique de puissance comportant, un transformateur de puissance 4- Installation électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le transformateur comporte deux bobinages de circuit primaire dont l'un représente 15 e de sa puissance globale et qui, préalablement alimenté, est mis dans un état non alimenté et différent de celui de court-circuit par des moyens de commande coopérant avec le détecteur d'intensite. lorsque se produit un défaut électrique dans le réseau d'utilisateurs décelé par le détecteur d'intensité. 5- Procédé de protection contre les défauts de courtcircuit d'une installation électrique de puissance selon 1 'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que: - on détecte le défaut (anomalie) de courant de courtcircuit par le détecteur d'intensité situé en aval dudit transformateur, - on augmente l'impédance interne du transformateur pt- les moyens de commande coopérant avec le detecteur d'intensité et agissant sur l'état des bobinages primaires prealablenent alimentées, - et on diminue la puissance globale du transtornateur de manière concomittante à l'augmentation de l'impédance avec les memes moyens de commande. 6- Procédé de protection selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on augmente l'impédance interne du transformateur de manière concomittante à la diminution de sa puissance en mettant au moins un bobinage de circuit primaire préalablement alimenté, dans un état non alimenté et différent de celui de court-circuit. 7- Procédé de protection selon l'une quelconque des revendications 5 et 6 contre les défauts de court-circuit représentant jusqu'à 15 S de la puissance du transformateur, caractérisé en ce qu'on met dans un état non alimenté et différent de celui de court-circuit, un bobinage du circuit primaire préalablement alimenté et représentant 15 b de la puissance globale du transformateur.