Brevet FR2757321A1 — publié le 19980619

PROCEDE DE DISCRIMINATION ENTRE UN ARC INTERNE ET UN ARC DE COUPURE DETECTES DANS UNE INSTALLATION ELECTRIQUE SOUS ENVELOPPE METALLIQUE. La présente invention se rapporte à un procédé de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure détectés dans une installation électrique sous enveloppe métallique dite blindée, haute ou moyenne tension. Il est connu dans un appareillage électrique, en particulier sous enveloppe métallique, comportant au moins un jeu de barres et un disjoncteur et équipé, de façon classique, d'un système de protection et d'un calculateur, de détecter l'apparition d'un arc entre un conducteur et l'enveloppe métallique (ou entre conducteurs dans le cas d'une installation triphasé), dit arc interne, au moyen d'un15 capteur. Ce capteur peut être un détecteur de pression ou un détecteur de lumière. De tels dispositifs sont décrits dans les brevets EP-0 197 778 et EP-0 313 422. Cependant, lors de la coupure de courant de charge ou de courants de défaut par les contacts du disjoncteur, l'arc étiré entre les contacts, dit arc de coupure, a des caractéristiques similaires à un arc interne. L'augmentation de lumière ou de pression lors de la coupure d'un courant de courtcircuit fort est proche de celle créée lors de l'apparition d'un arc interne éliminé rapidement avec un25 courant de court circuit faible. Ceci rend incertaine la distinction entre arc interne et arc de coupure par simple mesure de l'augmentation de pression ou de lumière. L'invention résout ce problème et propose un procédé de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure détectés dans un appareillage sous enveloppe métallique comportant au moins un jeu de barres et un disjoncteur et équipé d'un système de protection et d'un calculateur. Un tel appareillage est en effet, de façon classique, équipé d'un système de protection constitué d'agencements électroniques d'analyse de la tension et/ou de l'intensité. Ce système de protection détecte le défaut et transmet l'ordre de déclenchement à la fois à l'agencement de déclenchement du disjoncteur et au calculateur. Dans l'agencement de déclenchement, une bobine électromagnétique 5 d'ouverture du disjoncteur est mise en fonction, dont l'électroaimant actionne le dispositif de manoeuvre des contacts du disjoncteur. L'intervalle de temps entre l'apparition de l'arc et l'acquisition de l'ordre de déclenchement par le calculateur est typiquement compris10 entre 5 et 20 ms, 5 ms dans le cas d'une protection dite rapide et 20 ms dans le cas d'une protection dite lente. Le procédé conforme à l'invention consiste à détecter l'apparition d'un arc au moyen d'un capteur générant un signal d'apparition d'arc, à transmettre ce signal au15 calculateur et à déterminer le laps de temps T = to-ta entre l'instant to de réception d'un ordre de déclenchement du disjoncteur transmis au calculateur par le système de protection et l'instant ta de début d'acquisition de ce signal par le calculateur.20 Selon une première caractéristique, si le laps de temps T est positif, l'arc est déterminé comme un arc interne. Selon une deuxième caractéristique, si le laps de temps T est négatif et de valeur absolue inférieure ou égale à 10 ms, l'arc est déterminé comme un arc interne. Selon une troisième caractéristique, si le laps de temps T est négatif et de valeur absolue supérieure à 10 ms, une analyse de l'évolution du signal d'apparition d'arc est effectuée.30 Dans ce dernier cas, si le signal présente un point de rupture dans les 500 ms suivant son début d'acquisition, l'arc est déterminé comme un arc interne et si le signal ne présente pas de point de rupture dans les 500 ms suivant son début d'acquisition, l'arc est déterminé comme un arc de35 coupure. L'invention propose également un autre procédé de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure détectés dans un appareillage sous enveloppe métallique comportant au moins un jeu de barres et un disjoncteur fermé et équipé d'un système de protection et d'un calculateur, destiné à être associé au procédé précédent. Ce second procédé consiste à détecter l'apparition d'un arc au moyen d'un capteur générant un signal d'existence d'un arc, à transmettre ce signal au calculateur10 et à déterminer si la durée du signal est inférieure ou supérieure à une valeur limite prédéterminée. Avantageusement, ladite valeur limite est comprise entre la durée T1 mesurable d'un arc de coupure et le laps de temps T2 mesurable entre l'apparition d'un arc interne et15 son élimination par ouverture du disjoncteur, l'arc étant déterminé comme un arc de coupure si la durée du signal est inférieure à cette valeur limite et l'arc étant déterminée comme un arc interne si la durée du signal est supérieure à cette valeur limite. 20 En pratique, de préférence, ladite valeur limite est de l'ordre de 50 ms. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.25 Les figures lA à 1C illustrent le cas d'un arc interne situé dans le disjoncteur. Les figures 2A à 2C illustrent le cas d'un arc interne situé à l'extérieur du disjoncteur et suivi de la coupure du courant de court- circuit par le disjoncteur.30 Les figures 3A à 3D illustrent le cas d'un arc interne dans le disjoncteur consécutif à une coupure d'un courant de court-circuit. La figure 4 représente un signal d'existence d'arc enregistré par le calculateur. Comme représenté sur la figure lA, un appareillage sous enveloppe métallique comporte un jeu de barres 1 et un disjoncteur 2 relié à une ligne de départ 3. Il est équipé d'un système de protection 4 et d'un calculateur 5. Le système de protection 4 est constitué d'agencements électroniques d'analyse de la tension et/ou de l'intensité. Lorsqu'il détecte un courant de défaut, il transmet un ordre de déclenchement à la fois à l'agencement de déclenchement 6 du disjoncteur 2 et au calculateur 5. Une bobine électromagnétique d'ouverture du disjoncteur est mise en fonction, dont l'électroaimant actionne le dispositif de manoeuvre des contacts du disjoncteur, dans l'agencement de déclenchement 6. L'intervalle de temps entre l'apparition du défaut, ici l'arc interne 7 intérieur au disjoncteur, et l'acquisition de l'ordre de déclenchement par le calculateur est typiquement compris entre 5 et 20 ms, 5 ms dans le cas d'une protection dite rapide et 20 ms dans le cas d'une protection dite lente. Le disjoncteur 2 est équipé d'un capteur 8, ici un capteur de pression, destiné à détecter l'existence d'un arc interne dans l'installation. Ce capteur de pression 8 est20 destiné à transmettre la pression régnant dans le disjoncteur 2 au calculateur 5 qui enregistrent ces données de pression selon un certain échantillonnage en temps, par exemple 20 ms, comme illustré sur la figure 4. En cas de données de pression significativement supérieures à la25 pression normale po, qui augmentent de façon sensiblement proportionnelle, un arc est détecté et le signal s de montée en pression formé de ces données est appelé signal d'existence d'un arc. Il est possible d'en déduire le début de la montée en pression, par exemple à partir de trois30 échantillons de pression supérieure à la pression normale. Ce départ de front de montée en pression détecté sera appelé début d'acquisition du signal. Les figures lB et 1C illustrent les processus de détection de l'arc et de déclenchement du disjoncteur en fonction du temps. L'arc interne 7 crée un courant de défaut a et une augmentation de pression b. Cette augmentation de pression se propage dans le SF6, approximativement à la vitesse du son, c'est-à-dire 150 m/s, et est détectée par le capteur 8 5 avec un premier retard correspondant à la distance entre l'arc 7 et le capteur 8. Ce premier retard est illustré en c. Ce front de montée en pression est ensuite transmis à l'instant ta au calculateur 5 avec un second retard relativement faible dû d'une part aux caractéristiques du capteur 8 et d'autre part à la chaîne d'acquisition du calculateur 5. Ce second retard est illustré en d. Pendant ce temps, le système de protection 4 a détecté le courant de défaut et transmet l'ordre de déclenchement o du disjoncteur au calculateur 5 à l'instant to. La figure lB illustre une protection rapide o T = to-ta est négatif et inférieur ou égal en valeur absolue à 10 ms et la figure 1C une protection lente o T = to-ta est positif. Cet arc interne sera suivi d'une séparation des contacts et d'un arc de coupure entre ceux-ci. L'augmentation de pression qui en résultera sera sans conséquence, les critères de décision étant déjà établis. Selon les figures 2A à 2C, un arc interne 7' apparaît à l'extérieur au disjoncteur 2 et n'est donc pas détecté par le capteur 8. Par contre, le courant de défaut a est détecté par le système de protection 4 qui transmet un ordre de déclenchement o du disjoncteur au calculateur 5 à l'instant to. Les contacts du disjoncteur 2 sont séparés comme représenté sur la figure 2B et un arc de coupure 9 du courant de court-circuit crée une augmentation de pression b qui se propage avec un premier retard au capteur 8. Ce premier retard dû à la distance entre la chambre de coupure et le capteur 8 est illustré par c. Cette augmentation de35 pression est amplifiée par une onde de surpression provoquée par le déplacement des contacts. Le front de montée en pression est ensuite transmis avec un second retard au calculateur 5 comme vu précédemment et il est acquis par celui- ci à l'instant ta. Le laps de temps T = to-ta est négatif et supérieur en valeur absolue au temps entre la réception de l'ordre de déclenchement du disjoncteur et la séparation des contacts, à savoir 20 ms environ. Il est à noter que, dans les deux cas de figures précédents, les critères de décision peuvent être déterminés directement par le calculateur 5. Les figures 3A à 3D illustrent un troisième cas correspondant à l'apparition d'un arc interne dans le disjoncteur consécutif à une coupure de courant de court- circuit par le disjoncteur.15 Un courant de défaut 10 apparaît sur la ligne et est détecté par le système de protection 4 qui envoie un ordre de déclenchement o au calculateur 5 qui le reçoit à l'instant to. Les contacts sont séparés comme visible sur la figure 3B et l'arc entraîne une première augmentation de pression b comme dans le cas précédent. Si un arc interne apparaît alors dans le disjoncteur 2, ce premier front de montée en pression b est suivi d'un second front de montée en pression b', dont la pente plus grande entraîne la création d'un point dit de rupture e. Ces fronts de montée en pression sont transmis au capteur 8, puis au calculateur 5 à l'instant ta, comme illustré en d. Comme dans le cas précédent, T = to-ta est négatif et supérieur en valeur absolue au temps entre la30 réception de l'ordre de déclenchement du disjoncteur et la séparation des contacts, à savoir 20 ms environ. En conséquence, lorsque le laps de temps T est négatif et supérieur en valeur absolue à 10 ms, une analyse de l'évolution du signal d'apparition d'arc est effectuée sur35 500 ms, afin de déterminer si elle comprend un point de rupture dans les 500 ms suivant son début d'acquisition. Si c'est le cas, il y a arc interne. Il est à noter que les exemples précédents considèrent que l'installation est équipée d'un agencement de protection comportant un jeu de transformateurs de courant pour la protection de ligne du côté du jeu de barres et un jeu de transformateurs de courant pour la protection différentielle du jeu de barres du côté ligne. Dans le cas o les deux jeux de transformateurs de courant sont situés du côté de la ligne, dans le cas o les sectionneurs du jeu de barres sont ouverts, c'est la protection de distance qui assurera l'ordre de déclenchement du disjoncteur par télétransmission et cet ordre sera reçu dans un délai de 250 à 500 ms par le calculateur. Ce cas de figure donne donc un résultat similaire à l'exemple précédent dit protection lente. Le procédé conforme à l'invention peut être résumé par le tableau suivant: T = to-ta > 0 T = to-ta 10 ms Point de Pas de point rupture de rupture ARC INTERNE ARC INTERNE ARC INTERNE PAS D'ARC INTERNE Le procédé précédemment décrit peut être associé à un second procédé de discrimination, afin d'assurer un maximum de fiabilité. Ce second procédé est décrit ci-après. Lorsqu'un courant de court-circuit est coupé par le disjoncteur 2, lors de la séparation des contacts, un arc de coupure s'étire entre ceux-ci. Si le disjoncteur 2 fonctionne correctement, la durée T1 d'un arc de coupure est mesurable et en pratique inférieure à 30 ms. Dans le cas contraire, le système de protection comporte par ailleurs des dispositifs de surveillance autres, contrôlant que la coupure se passe correctement. Lorsqu'un arc interne apparaît dans le disjoncteur ou dans un autre compartiment de l'installation, le courant de défaut est détecté par le système de protection 4, puis l'ordre de déclenchement du disjoncteur est transmis à l'agencement de déclenchement 6 o la bobine d'ouverture est actionnée et entraîne la séparation des contacts du disjoncteur 2. Entre l'apparition de l'arc interne et son10 élimination par ouverture du disjoncteur 2, se passe un laps de temps T2 mesurable correspondant au temps de fonctionnement et de transmission du système de protection 4 qui est en pratique de l'ordre de 10 ms et au temps de fonctionnement de l'agencement de déclenchement 6 qui est en15 pratique de l'ordre de 50 ms. Soit un laps de temps en pratique d'environ T2 = 60 ms. Le second procédé associé de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure conforme à l'invention consiste à détecter l'apparition d'un arc au moyen du20 capteur 8 générant un signal d'existence d'un arc, à transmettre ce signal au calculateur 5 et à déterminer si la durée du signal est inférieure ou supérieure à une valeur limite prédéterminée. Cette valeur limite est choisie entre T1 et T2, avantageusement de l'ordre de 50 ms. L'arc détecté est déterminé comme un arc de coupure si la durée du signal est inférieure à cette valeur limite et l'arc détecté est déterminé comme un arc interne si la durée du signal est supérieure à cette valeur limite. REVENDICATIONS 1) Procédé de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure détectés dans un appareillage sous enveloppe métallique comportant au moins un jeu de barres (1) et un disjoncteur (2) et équipé d'un système de protection (4) et d'un calculateur (5), consistant à détecter l'apparition d'un arc au moyen d'un capteur (8) générant un signal d'apparition d'arc (c), à transmettre ce signal au calculateur (5) et à déterminer le laps de temps T = to-ta entre l'instant to de réception d'un ordre de déclenchement (o) du disjoncteur transmis au calculateur (5) par le système de protection (4) et l'instant ta de début d'acquisition de ce signal par le calculateur (5). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, si le laps de temps T est positif, l'arc est déterminé comme un arc interne. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, si le laps de temps T est négatif et de valeur absolue inférieure ou égale à 10 ms, l'arc est déterminé comme un arc interne. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, si le laps de temps T est négatif et de valeur absolue supérieure à 10 ms, une analyse de l'évolution du signal d'apparition d'arc est effectuée. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, si le signal présente un point de rupture dans les 500 ms suivant son début d'acquisition, l'arc est déterminé30 comme un arc interne. 6) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, si le signal ne présente pas de point de rupture dans les 500 ms suivant son début d'acquisition, l'arc est déterminé comme un arc de coupure.35 7) Procédé de discrimination de la détection d'un arc interne ou d'un arc de coupure dans un appareillage sous enveloppe métallique associé au procédé selon l'une des revendications précédentes, consistant à détecter l'apparition d'un arc au moyen d'un capteur (8) générant un signal d'existence (s) d'un arc, à transmettre ce signal au 5 calculateur (5) et à déterminer si la durée du signal est inférieure ou supérieure à une valeur limite prédéterminée. 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite valeur limite est comprise entre la durée T1 mesurable d'un arc de coupure et le laps de temps T210 mesurable entre l'apparition d'un arc interne et son élimination par ouverture du disjoncteur (2), l'arc étant déterminé comme un arc de coupure si la durée du signal est inférieure à cette valeur limite et l'arc étant déterminée comme un arc interne si la durée du signal est supérieure à15 cette valeur limite. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite valeur limite est de l'ordre de 50 ms.