Brevet FR2697341A1 — publié le 19940429

i La présente invention concerne les réseaux de distribution électrique du type compensés, c'est-à-dire qu'ils comportent une bobine de compensation ou bobine de Petersen qui permet de compenser le courant capacitif dû aux capacités réparties de la ligne; la bobine de com- pensation permet d'obtenir l'équilibre c'est-à-dire une parfaite compensation des impédances capacitives de la ligne. L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif permettant de mesurer le désac- cord de la compensation du réseau; en effet, lorsque l'impédance capacitive propre du réseau varie, du fait par exemple, de la connexion ou de la déconnexion d'uti- lisateurs importants, la bobine de compensation est désaccordée, c'est-à-dire qu'elle ne compense plus exactement la capacité globale du réseau Dans un tel cas, il est avantageux de faire varier la valeur de l'impédance de la bobine de compensation de manière à rétablir l'équilibre. Il a déjà été proposé, pour détecter et mesurer le déséquilibre de la compensation d'un réseau, d'injec- ter dans le circuit du neutre un courant électrique dont la fréquence est légèrement différente de la fréquence du réseau; du fait de l'apparition d'un phénomène de battement, on peut alors détecter et mesurer le déséqui- libre du réseau Ce procédé est relativement complexe et nécessite un équipement important, en particulier un générateur de fréquence différente de celle du réseau De plus, ce type de fonctionnement nécessite des durées importantes de réglage et de mesure. Il a également été proposé, comme décrit dans le brevet européen 235 145 de prévoir un dispositif qui permet d'ajouter un complément de réactance entre le neutre et la terre du réseau et de calculer ensuite les paramètres d'atténuation, de dissymétrie et de déséquili- bre du réseau Le branchement d'un complément de réac- tance entre le neutre et la terre peut être obtenu par commutation d'impédance en parallèle ou en série avec la bobine de compensation ou même, dans le cas o le réseau comporte une bobine de compensation variable, par action sur la bobine de compensation elle-même. Ce procédé présente l'inconvénient que le temps de réponse de la mesure ainsi effectué est élevé, il peut être de l'ordre de quelques minutes; la précision de la mesure n'est pas très bonne, spécialement si la dissymé- trie est faible, et ce procédé ne peut pas fonctionner de manière fiable dans toutes les conditions d'exploitation d'un réseau. L'invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif de mesure du déséquilibre de la compensa- tion d'un réseau de distribution électrique compensé par une bobine de compensation, qui présentent un temps de réponse court, qui soient de faible prix de revient et qui fonctionnent en toute circonstance indépendamment de la dissymétrie naturelle du réseau. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de mesure du déséquilibre de la compensation d'un réseau de distribution électrique comportant une bobine de compensation, caractérisé en ce que l'on injecte un signal auxiliaire de mesure dans le circuit du neutre du réseau, en ce que l'on mesure la variation de la tension homopolaire induite par ladite injection de signal auxiliaire et en ce que l'on réalise une mesure d'impé- dance par comparaison, en amplitude et en déphasage, de la variation de la tension homopolaire avec le signal auxiliaire de mesure. Il s'agit d'une mesure comportant un système actif dont le temps de réponse est nettement plus faible que les solutions mettant en oeuvre des variations de l'impédance de neutre Par ailleurs, ce procédé peut être mis en oeuvre de manière simple. Selon un premier mode de réalisation, on injecte une tension auxiliaire de mesure en série avec la bobine de compensation. Avantageusement la tension auxiliaire de mesure est injectée au moyen d'un transformateur dont le secon- daire est branché en série avec la bobine de compensa- tion. Selon un autre mode de réalisation, on injecte un courant en parallèle dans le circuit du neutre. Avantageusement le courant auxiliaire de mesure est injecté dans le circuit du neutre au moyen d'un transformateur homopolaire. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il ne nécessite que l'implantation de très peu d'éléments, en particulier lorsque le transformateur homopolaire existe déjà sur la bobine. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description qui suit d'exem- ples de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est le circuit équivalent d'un réseau compensé; la figure 2 illustre le principe d'injection d'un signal de mesure; la figure 3 est un schéma d'un dispositif d'injection d'une tension en série; la figure 4 est le schéma d'un dispositif d'injection d'un courant en parallèle, et la figure 5 est le schéma d'un mode de réalisa- tion de l'invention. La figure 1 représente le circuit équivalent d'un réseau de distribution électrique compensé Les réseaux compensés sont équipés d'une impédance de neutre 1, ou bobine de compensation réactive qui est branchée entre le neutre de la source de tension et la terre Dans le cas d'un défaut monophasé, le courant réactif traversant cette bobine de compensation permet de compenser le courant capacitif du réseau de manière à limiter le courant de défaut. Sur la figure 1, les capacités réparties du réseau sont représentées par des condensateurs Cl et C 2 et C 3. Lorsque le réseau est en service normal, c'est-à- dire qu'il ne comporte pas de défaut, la tension entre le neutre et la terre est déterminée par trois paramètres fondamentaux, le désaccord m, l'asymétrie k et l'amor- tissement d La tension normalisée neutre-terre v NG s'écrit alors: VNG k VNG = ( 1) Vnom m+jd Vnom étant la tension simple nominale du réseau, c'est-à- dire la tension entre une phase et le neutre et M Ng étant la tension aux bornes de la bobine de compensa- tion 1. Conformément à l'invention, on injecte un signal auxiliaire de mesure dans le circuit neutre-terre du réseau Les paramètres désignés ci- dessus sont alors calculés à partir de la comparaison du signal injecté et de la variation de la tension neutre-terre provoquée par cette injection, par application du théorème de superpo- sition. On mesure ainsi, en amplitude et en phase, la nouvelle impédance du circuit neutre-terre (en réalisant une analyse vectorielle de 4 V) et on peut alors détermi- AI ner la variation à réaliser sur la bobine 1 pour rétablir l'équilibre du réseau. Ceci est schématisé sur la figure 2 o l'on retrouve la bobine de compensation 1 et les impédances réparties de chaque phase Cl,C 2,C 3. Le procédé selon l'invention consiste à injecter une tension de mesure Vi en série avec la bobine de compensation 1. L'influence de la tension injectée en série avec la bobine se traduit par l'équation suivante: VNG Ii = 1 Vi ( 2) m + jd on mesure la variation de la tension VNG en fonction de la tension injectée et on peut en déduire le désaccord m de la ligne, ce qui permet de calculer la valeur dont il faut faire varier l'impédance de la bobine 1 pour obtenir de nouveau l'équilibre. Le signal de mesure peut être injecté de deux manières On peut tout d'abord injecter une tension en série avec la bobine 1, ce qui nécessite de brancher en série avec ladite bobine un transformateur d'injection 11; comme représenté sur la figure 3 Les caractéristi- ques de ce transformateur doivent être les suivantes: la tenue en tension doit correspondre à la tension maximale possible lors d'un défaut monophasé franc pour la configuration la plus défavorable du réseau; la tenue en courant doit correspondre au courant maximal possible circulant dans le neutre, également dans le cas d'un défaut monophasé franc. Le primaire du transformateur 11 est alimenté par une source de tension 12. Le transformateur 11 peut par exemple être un tore Le circuit primaire doit être conçu de manière à résister aux contraintes de tension et de courant dans le cas d'un défaut monophasé du réseau Un interrupteur 14 permet de court-circuiter le transformateur d'injection du côté secondaire si le dispositif n'est pas en service. Selon un deuxième mode de réalisation, l'injec- tion du signal de mesure s'effectue par injection d'un courant parallèle dans la bobine neutre 1 Ceci est représenté à la figure 4. L' injection d'un courant supplémentaire nécessite l'utilisation d'un transformateur d'injection 21 qui doit satisfaire aux conditions suivantes: la tenue en tension doit correspondre à la tension maximale possible aux bornes de la bobine 1, c'est-à-dire la tension nominale simple V,, dans le cas d'un défaut monophasé franc; la tenue en courant doit correspondre au courant maximal qui doit être injecté dans le réseau. Le primaire du transformateur 21 est alimenté par une source de tension 22 en série avec une impédance 23. Ces deux éléments peuvent être variables et/ou commuta- bles; cette configuration permet également de faire varier l'impédance totale de la liaison neutre-terre pour effectuer des mesures complémentaires sans injecter un signal de mesure. Ce deuxième mode de réalisation de l'invention présente l'avantage que le transformateur d'injection ne doit supporter que des contraintes plus faibles que dans le cas de l'injection d'une tension en série avec la bobine 1. Par ailleurs, dans le cas d'un défaut monophasé apparaissant dans le réseau, dans le premier mode de réalisation, un courant important est induit au primaire du transformateur d'injection ce qui amène encore à surdimensionner ce transformateur ainsi que la source auxiliaire. Un autre inconvénient réside dans le fait que dans le cas de l'injection d'une tension, la mesure est effectuée sur un circuit résonant série et non un circuit résonant parallèle comme dans le cas de l'injection d'un courant de mesure L'amplification à la résonance n'est pas maîtrisée et peut provoquer, alors, l'apparition d'une tension homopolaire importante et néfaste. La figure 5 représente un exemple de réalisation de l'invention utilisant le principe de l'injection d'un courant de mesure. Sur cette figure on a schématisé en 51 un réseau moyenne tension à 12000 V phase-neutre ( 20 k V entre phases) alimentant un réseau basse tension de 400 V avec sa bobine de compensation 52 et son impédance répartie 53 Ce réseau comporte, comme cela est fréquemment le cas, un transformateur homopolaire 54 disposé au niveau du poste de distribution et qui utilise le noyau magnéti- que de la bobine de point neutre Ce transformateur homopolaire 54 est utilisé pour injecter le courant de mesure qui est fourni par exemple par une source auxi- liaire de tension 55 constituée par exemple par la tension des auxiliaires du poste, soit 220 V, branchée en série avec une résistance 56 de quelques dizaines d'ohms, par exemple 20 ohms. La résistance R branchée du côté secondaire du transformateur 54 symbolise la résistance d'amortissement du côté basse tension pour un courant de 20 A du côté moyenne tension Si la composante active du courant en moyenne tension est de 20 A, la résistance d'amortis- sement, du côté moyenne tension, est de 600 ohms Si le rapport de transformation du transformateur homopolaire 54 est égal à 30, ceci correspond à une résistance R d'amortissement du côté basse tension égale à 0,66 ohm. Si la résistance d'injection 56 est égale à 20 ohms et si la source de tension 55 fournit une tension de 220 V, on obtient un courant de 10,6 A, ce qui entraîne une tension d'environ 7 V sur la résistance d'amortisse- ment en basse tension R à l'accord; ceci correspond à 1,75 % en tension homopolaire (valeur relative à la tension nominale). S'il existe un désaccord par surcompensation correspondant à une intensité de 100 A, par exemple, la variation induite de la tension homopolaire sera divisée par 5 c'est-à-dire qu'elle correspondra à 0,35 %, c'est-à- dire une valeur encore facile à mesurer Du côté de la basse tension (tension nominale sur défaut franc: 400 V), ceci se traduira alors par une mesure d'une variation de tension de 1,4 V sur une tension homopolaire qui, au maximum, est de l'ordre de 24 V, c'est-à-dire 6 % de la tension homopolaire maximale hors défaut, en régime normal de fonctionnement. Si maintenant il existe un désaccord par sous- compensation, il y a la possibilité d'un accord en série entre la réactance de fuite du transformateur homopolaire 54 et la capacité résiduelle du désaccord du côté moyenne tension Ceci n'est pas gênant car on effectue une injection de courant par une source du côté basse ten- sion; ceci doit éventuellement être pris en compte dans le calcul de la remise en accord du réseau par une mesure de la tension homopolaire vraie mesurée en moyenne tension. Dans le cas d'un défaut du côté de la moyenne tension, la tension obtenue est de 400 V éventuellement en opposition avec la source auxiliaire de 220 V Il en résulte que le courant circulant dans le circuit d'injec- tion sera de 30 A Par conséquent, le contacteur 57 de mise en route du circuit de mesure doit être dimensionné pour un courant de 30 A et une tension de 620 V. La mesure de la variation de la tension homo- polaire peut, dans le cas de la figure 5, être effectuée du côté basse tension ou du côté moyenne tension. On voit que l'invention permet d'obtenir de manière rapide, c'est-à- dire avec un temps de réponse qui est inférieur à la seconde, une mesure du désaccord du réseau de manière à permettre éventuellement un accord automatique en agissant sur la bobine de compensation. De plus, l'invention ne nécessite aucunement de mesurer la dissymétrie, comme cela est le cas dans le dispositif décrit dans le brevet européen cité ci-dessus, ce qui rend ainsi la mesure très facile. Par ailleurs, le procédé selon l'invention élimine, par rapport au dispositif connu actuellement, la nécessité d'effectuer des commutations au niveau de la bobine de compensation Ceci est particulièrement impor- tant car, selon le type de bobine de compensation utili- sée, il peut se produire que lors d'une commutation, il n'y a plus du tout de compensation Ceci est particuliè- rement défavorable car très souvent, il se produit plusieurs défauts dans un court laps de temps, par exemple dans le cas de coups de foudre ou d'orage. Par ailleurs le fait que l'on n'effectue pas de commutation sur la bobine de compensation permet de diminuer très notablement le prix de cette dernière. Le dispositif de mesure selon l'invention est normalement débranché et il n'est mis en oeuvre par action sur le contacteur 57 que lorsque l'on a détecté une variation de la tension homopolaire On fait alors une mesure par injection de courant et si l'on conclut à un déséquilibre du réseau, on calcule la compensation à effectuer et on la réalise en agissant par exemple au niveau de la bobine 1. Un autre avantage de l'invention par rapport au dispositif connu par le brevet européen précité dans lequel on fait varier l'impédance de mise à la terre, est que, dans le dispositif connu, la résistance du circuit neutre-terre doit rester constante Dans le dispositif selon l'invention, il n'y a pas de modification de l'impédance de la mise à la terre et par conséquent la mesure n'est pas faussée. Ceci est particulièrement vrai si, lors d'une commutation de prises de la bobine ou de tout autre variation, son facteur de qualité varie. L'influence sur la précision de la mesure de l'accord permettra de réduire le coût des bobines dans un rapport qui pourra atteindre 5. Un autre avantage de l'invention est que lorsque l'on injecte le signal de mesure, on produit une varia- tion de la tension homopolaire qui est disponible sur l'ensemble de la ligne de distribution et constitue donc une sorte de signal "à courant porteur" qui peut être utilisé par un poste quelconque disposé sur la ligne pour y effectuer des télécommandes. Le dispositif selon l'invention est très économi- que; dans l'exemple de réalisation, il ne nécessite que le branchement d'une tension d'auxiliaires disponible dans un poste de distribution, un contacteur et une résistance qui peut être aussi facile à se procurer que celles utilisées dans les radiateurs de chauffage élec- trique. il REVENDICATIONS 1 Procédé de mesure de l'accord et du désaccord de la compensation d'un réseau de distribution électrique comportant une bobine de compensation ( 1), caractérisé en ce que l'on injecte un signal auxiliaire de mesure dans le circuit du neutre du réseau, en ce que l'on mesure la variation de la tension homopolaire induite par ladite injection de signal auxiliaire et en ce que l'on réalise une mesure d'impédance par comparaison, en amplitude et en déphasage, de la variation de la tension homopolaire avec le signal auxiliaire de mesure. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte une tension auxiliaire de mesure en série avec la bobine de compensation ( 1). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte un courant en parallèle dans le circuit du neutre. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant auxiliaire de mesure est injecté dans le circuit du neutre au moyen d'un transformateur homopolaire ( 54). Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant auxiliaire de mesure ( 21) est injecté au moyen d'un transformateur de mesure dont le secondaire est branché sur la bobine de compensation ( 1). 6 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension auxiliaire de mesure est injectée au moyen d'un transformateur ( 11) dont le secondaire est branché en série avec la bobine de compensation ( 1). 7 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il com- porte une source de courant ( 55,56) branchée en série dans le circuit primaire d'un transformateur homopolaire ( 54). 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que ladite source de courant est obtenue à partir de la tension auxiliaire du poste de commande du réseau. 9 Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le transformateur homopolaire a un enrou- lement secondaire débitant en cas de défaut franc du réseau une tension de niveau basse tension et en ce que la source de courant est constituée par une résistance de quelques dizaines d'ohms alimentée par la tension auxi- liaire du poste.