Brevet FR2630594A1 — publié le 19891027

Système d'alimentation pour équipement de protection numérique dans la distribution de l'électricité La presente invention concerne un système d'alimentation pour équipement de protection numerique dans la distribution de ltelectricite. Dans les réseaux de distribution de l'électricité. des équipements de protection sont associes au > ' embranchements du réseau, soit en aval, coté départ, soit en amont, cote arrivée, afin de vérifier que le courant, sur chaque conducteur de la branche protégée ne dépasse pas une valeur prédéterminée. De tels équipements de protection comprennent d'une maniére générale, un dispositif de mesure au moins évaluant un courant à surveiller. En cas de dépassement, ce disposi- tif de mesure agit électriquement sur un dispositif de déclenchement, lequel provoque, par une action mécanique, le déclenchement d'un disjoncteur qui coupe le départ ou l'arrivez en cause. Le dispositif de mesure constate alors la disparition du courant excessif. Le dispositif de déclenchement et le disjoncteur sont des organes qui accumulent de 1 'énergie mécanique libérée au moment du déclenchement. Ils sont rearmés au moyen d'organes moteurs necessitant une énergie relativement importante. Usuellement, après un déclenchement, un automatisme de commande du disjoncteur opère un réarmement immédiat,. puis un ou plusieurs rearmements différés, afin s'essayer de rétablir le circuit, car la cause du déclenchement peut avoir disparu L'équipement de protection est actuellement un appareil électronique (dispositif de mesure, notamment) et électrique (dispositif de ddclenchement et organes de réarmement, en particulier). Il nécessite une source de courant d'alimentation. Celle-ci peut-etre simplement une batterie. Cette batterie alimentera plusieurs équipements de protection d'une meme station. L'avantage est que le courant disponible n'est pratiquement pas limité, ce qui, en particulier, laisse toute liberté dans le choix des éléments électroniques de l'équipement. C'est ainsi qu'on a pu envisager ltemploi de microprocesseurs chargés des fonctions de mesure, de décision, de commande et de contrôle. L'équipement de protection est alors appelé équipement de protection numérique parce que la plupart de ses tonctions sont remplies par un ou plusieurs microprocesseurs appliquant des techniques numériques de traitement de l'informa- tion. I1 existe alors, toutefois, un inconvénient inadmissible dans nombre d'applications : en cas de défaillance de la batterie, la protection n'est plus assurée, non seulement pour un départ ou arrivée mais, pour jusqu'a tous les départs et arrivées d'une mme station. Une solution classique pourrait constituer en une duplication de la batterie, avec basculement autonome au niveau des organes de protection individuels. Le cot du système d'alimentation en est plus que doublé. Une autre solution connue consiste à alimenter les circuits de mesure et de commande déclenchement à Dartir du courant à surveiller lui-mëme, une batterie alimentant les autres parties de 1 'équipement de protection. Une telle solution, en raison de ce que les courants a surveiller peuvent être très faibles, demande des circuits de mesure et de commande de déclenchement à très faible consommation et exclut 1 'emploi des techniques numériques. Çlle pose par ailleurs un problème sérieux en matière de filtrage de ltharmonique trois qui fournit sur le neutre une composante homopolaire. Ce filtrage implique des constantes de temps qui retardent le déclenchement - et la détection de la disparition du défaut.L'emploi de techniques numériques permettrait de desserrer considérablement les contraintes a cet égard. La présente invention a donc pour objet un système d'alimentation pour équipement de protection numérique dans la distribution de l'électricité comprenant des dispositions -permettant de faire face a une défaillance de l'alimentation par une batterie commune à un cot additionnel modéré. Elle a de plus pour objet un tel système d'alimentation qui convienne å l'emploi des techniques numériques dans le traitement du signal. Selon une des caractéristiques de l'invention, ce système d'alimentation, qui comprend une batterie d'alimentation commune à plusieurs équipements de protection, chacun de ces équipements de protection comprenant au moins un dispositif de mesure détectant un courant excessif sur un conducteur surveille et un dispositif de déclenchement provoquant le fonctionnement d'un appareil de protection tel qu'un disjoncteur en cas d'excès de courant, comprend également, dans chaque équipement de protection, une pile de secours longue durée, ainsi qu'un relais de manque de tension de la batterie d'alimentation commune comportant au moins un contact de basculement lequel, au travail, connecte à l'équipement de protection l'alimentation par la batterie commune et, au repos, sert a connecter a une partie au moins de 1 'équipement de protection une alimentation de secours fournie par ladite pile de secours longue durée La sécurité est ainsi établie au niveau de l'équipement de protection et l'emploi d'une pile longue durée a ce niveau, tout a la fois, économise des interventions de maintenance et accroft la sécurité. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit relais de manque de tension comporte également un contact de repos connectant la pile de secours à un circuit de veille détectant une présomption de courant excessif, doté d'un seuil de détection inférieur à celui du dispositif de mesure proprement dit, ce circuit de veille, en cas de détection- d'un dépassement de son seuil de détection, commandant- le fonctionnement d'un relais dont un contact connecte 1 'alimentation de secours au dispositif de mesure. L'alimentation de secours, en cas de défaillance de la batterie, ne sert ainsi qu'a l'alimentation permanente d'un circuit de veille dont la consommation peut être minime. Elle n'alimente le dispositif de mesure que le temps pour ce dernier de commander le déclenchement du disjoncteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit circuit de veille est réalisé en technologie CMOS. Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit d'alimentation de secours alimente seulement la partie des circuits électroniques numériques constituant le dispositif de mesure et la partie de commande dudit dispositif de déclenchement. Cela contribue encore a limiter le courant demandé à l'alimentation de secours. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'alimentation de secours est fournie par une pile au lithium. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparattront de faÇon plus détaillée dans la description qui va suivre d'un exemple de réalisation de l'invention, donnée en se référant a la figure annexée qui est le diagramme par bloc d'un équipement de protection numérique doté du système d'alimentation de l'invention. Dans ce diagramme on a figuré en 1 un conducteur dont le courant doit être surveillé, couplé par un transformateur de courant 2 comportant un enroulement secondaire z à un potentiomètre 4. A la prise intermédiaire 5 de ce potentiometre est couplé un circuit de-veille 6 commandant un l'enroulement 7 d'un relais B, dont le rôle sera epli- cité ultérieurement. L'enroulement 3 est directement couplé à un micro- processeur 9 précédé par un convertisseur anal ogi que- numérique 9 dont le rôle est de fournir au microprocesseur 8, en échange de la tension engendrée aux bornes du poten tiometre 4 par le courant fourni par le transformateur 2. des valeurs numériques qui la représentent. Le microprocesseur S a pour principales fonctions de filtrer de telle valeurs numériques et de les traiter de manière a détecter tout franchissement par le courant surveillé d'un seuil prédéterminé. En cas de franchissement de ce seuil, le microprocesseur S fournit Ltfl signal de commande de declenchement lequel, par une liaison figurée symboliquement en 10, provoque la fermeture d'un contact 11 et cause le fonctionnement d'un dispositif de déclenchement 12 appelé ci-après percuteur. Ce percuteur 19 déclenche alors le fonctionnement d'un disjoncteur non représenté qui coupe le circuit, départ ou arrivée, protégé par 1 'équipement de protection de la figure. Dès que le déclenchement a eu lieu, le courant excessif disparaît dans le transformateur X, le microprocesseur 8 cesse de détecter un excès de courant et le contact Il se rouvre. Le percuteur doit être réarmé ce qui est effectué par des moyens classiques sortant du cadre de l'invention. L'accès de réarmement du percuteur est seulement en 13. Par ailleurs, 1 'équipement de protection doit accomplir de nombreuses autres fonctions parmi lesquelles on mentionnera la commande de réarmement automatique du disjoncteur, afin de rétablir le circuit qui vient d'être coupé, une ou plusieurs fois, puisque les circonstances a l'origine de l'excès de courant péuvent avoir disparu. S'il n'a pas disparu, il se produit a chaque fois un déclenchement dans les conditions décrites. La signalisation des événements constatés et des opérations effectuees, ainsi que l'exécution de commandes extérieures a 1 'équipement de protection entrent aussi bien entendu dans les fonctions de l'équipement de protection. Ces fonctions additionnelles sont confiées à un microprocesseur secondaire 14 communiquant- avec le micro processeur de mesure 8. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, ce microprocesseur 14. peut également communiquer avec des dispositifs de commande et de contrôle d'un niveau organisationnel plus élevé. On va maintenant considérer le système d'alimentation fournissant l'énergie d'alimentation nécessaire au dispositif de protection décrit. En temps normal, l'alimentation est fournie par une batterie 15, par l'intermédiaire d'un circuit de stabilisation de la tension d'alimentation 16. Par un conducteur 17, la tension d'alimentation 6tåbilisée est directement fournie au microprocesseur 14. Le retour commun est figuré en 18. La batterie 15 alimente un relais A qui est au collage tant que la batterie 15 est en bon état de fonctionnement. I1 peut s'agir d'un relais voltmétrique ou de tout dispositif équivalent. Sur la figure, selon une convention courante, les contacts Al et AS du relais A sont représentés dans la position qu'ils occupent lorsque le relais A est au repos. Ils sont normalement dans la position opposée à celle qui -est représentée.On voit qu'ainsi le contact Al fournit la tension d alimentation au microprocesseur 8 et, par une résistance 19, au contact de déclenchement 11 du percuteur 12, tandis que le contact A2 est ouvert. La batterie 15 alimente ainsi toutes les parties de 1 'équipement de protection. La flèche illustrée en 20 indique que la batterie 15 alimente en outre séparément plusieurs équipements de protection, voire tous ceu d'une station. Pour faire face a une défaillance de la batterie 15, il est prévu une alimentation de secours que l'on va maintenant décrire. Au préalable, il importe de souligner qu'une telle défaillance sera rare, exceptionnelle même. Cela comporte deu conséquences : d'une part, l'alimentation de secours devra pouvoir rester durant de longues périodes sans être utilisée et rester neanmoins prête a fonctionner ce qui implique des opérations de surveillance faciles à réaliser au moyen de microprocesseurs. mais demande aussi que les opérations de maintenance soient simples et espacées . d'autre part il faut prévoir que la remise en service de la batterie risque de demander un temps assez long, de sorte-que l'alimentation de secours devra pouvoir faire face au besoins durant une durée relativement longue. On va voir que le système d'alimentation de l'invention répond a ces deux exigences. L'alimentation de secours comprend essentiellement une pile de secours 21 mise en circuit par le contact de repos A2 du relais A, quand la tension de la batterie 15 vient a manquer. A cet instant, le contact de basculement Al a lui-meme basculé et 1 'ouverture de son contact ae travail a déconnecté la tension stabilisée venant du circuit t6, du microprocesseur 8 et du percuteur 12. Le contact A2 alimente directement le circuit de veille 6 et le relais 7. Ce circuit de veille peut prendre la forme d'un composant CMOS å tres faible consommation, tel qu'un comparateur a seuil de réponse prédéterminé. Le réglage du potentiomètre permettra 1 'obtenir le déclenchement du comparateur 6 pour toute valeur désirée du courant sur le conducteur t. Ce comparateur a pour rôle d'attendre, en consommant un courant minime fourni par la pile 15, que survienne une condition de courant sur le conducteur 1 laissant présumer une défaillance demandant une disjonction A ce moment-la seulement, le comparateur 6 fonctionne et commande. ltentcitation du relais B. Le contact Bi du relais B se ferme et la pile 15,- par le contact Ai qui est au travail, alimente tout a la fois le microprocesseur 8 et le percuteur 12. Le dispositif de mesure et de déclenchement de 1 'équipement de protection est ainsi en état de provoquer un déclenchement du disjoncteur. si 1 'état décelé par le comparateur 6 le nécessite. Si ce n'est pas le cas, on admettra que l'état ayant causé l'excitation du relais 7 n'est que temporaire. Si une disjonction est opérée, elle entratne la disparition de l'état en question. Donc, dans les dew cas, après un court instant, la pile cesse de devoir fournir du courant pour l'alimentation du relais B, du microprocesseur 8 et d percuteur 12. Sa capacité, n'a donc pas besoin d'être importante, ce qui concourt a 1 'économie du système. On remarquera que le circuit d'alimentation de secours n'alimente pas le microprocesseur 14. I1 n'est pas non plus prévu d'alimentation de secours pour le réarmement du percuteur et du disjoncteur. Cela signifie que, dans l'intervalle qui suit une défaillance (estceptionnelle) de la batterie, on admet l'impossibilité de procéder a des réarmements automatiques ou manuels. Mais il faut ajouter que le microprocesseur 14, chargé de la surveillance de l'équipement de protection, suivant une pratique courante, enverra en condition de fonctionnement normal des messages périodiques donc l'interruption, par suite de la defaillan- ce de la batterie 15, suffira pour caractériser le besoin d'une intervention urgente. La durée de cet intervalle sera ainsi réduite au minimum. Néanmoins, cet intervalle de temps serait très long pour une alimentation de secours qui devrait alimenter ne serait-ce que le dispositif de mesure et le circuit de déclenchement du percuteur. L'adjonction d'un circuit de veille, conformément à l'invention, fournit une solution permettant d'employer une pile de secours de capacité réduite, donc peu onéreuse. La pile 21 sera avantageusement une pile au lithium, capable de conserver sa charge pendant une dizaine d'années. On peut prévoir des moyens additionnels commandés par le microprocesseur 14, pour effectuer des opérations de contrôle périodiques extensives visant à s'assurer que les moyens utilisés pour l'alimentation de secours (pile, relais et leurs contacts, circuit de veille) restent capables de remplir leur fonction. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation pour équipement de protection numérique dans la distribution de l'électricité comprenant une batterie d'alimentation commune a plusieurs équipements de protection, chacun de ces équipements de protection comprenant au moins un dispositif de mesure détectant un courant excessif sur un conducteur surveillé et un dispositif de déclenchement provoquant le fonctionnement d'un appareil de protection tel qu'un disjoncteur en cas d'exces de courant, caractérisé en ce qu'il comprend, dans chaque équipement de-protection, une pile de secours longue durée (21), ainsi qu'un relais de manque de tension (A) comportant au moins un contact de basculement protection une alimentation de secours fournie par ladite pile de secours longue durée. 2. Système d'alimentation conforme a la revendication 1, caractérisé en ce que ledit relais de manque de tension comporte egalement un contact de repos (rAv) connec- tant la pile de, secours a un circuit de veille (6) doté d'un seuil de détection inférieur a celui dudit dispositif de mesure et détectant une présomption de courant excessif, ce circuit de veille, en cas de détection d'un dépassement de son seuil de détection, commandant le fonctionnement d'un relais (B) dont un contact ( connecte l'alimentation de secours au dispositif de mesure. -3. Système d'alimentation conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de veille est réalisé en technologie CMOS. 4. -Système d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications 1 a Z., caractérisé en ce que le circuit d'alimentation de secours alimente seulement la partie des circuits électroniques numériques constituant le dispositif de mesure et la partie de commande dudit dispositif de déclenchement. 5. Système d'alimentation conforme à l'une quelconque des revendications t a 4, caractérise en ce que l'alimentation de secours est fournie par une pile au lithium.