Brevet FR2773638A1 — publié le 19990716

L'invention concerne un perfectionnement à une commande de fermeture synchrone d'un disjoncteur à commande hydraulique, notamment un disjoncteur très haute tension placé dans un réseau à courant alternatif. Lors de la fermeture d'un tel disjoncteur sur une charge placée dans un réseau à courant alternatif, on observe dans la majorité des cas, des régimes transitoires de courant et/ou de tension. L'amplitude de ces régimes dépend de la nature de la charge d'une part (ligne, réactance, transformateur, banc de condensateurs,...) et d'autre part, de l'instant de la période de tension pour lequel à lieu la mise sous tension. Afin de minimiser ces régimes transitoires qui engendrent des surtensions et/ou des surintensités en réseau, on a déjà conçu des commandes de fermeture dites synchrones agencées pour fermer chaque pôle du disjoncteur de façon contrôlée en coïncidence avec un instant o dans la période de la tension, le régime transitoire est nul pour la tension ou le courant. A titre d'exemple sur la figure 1, la mise sous tension d'une réactance shunt est optimale pour le régime transitoire du courant si l'instant de mise sous tension indiqué par t2 coïncide avec un instant o la tension atteint un extremum Vmax: le courant s'établira alors dans la charge à l'instant t2, sans aucun régime transitoire, suivant la loi sinusoïdale l=l,,.sinco (t-t2). Ce résultat peut être obtenu en affectant à l'instant indiqué par tO pour lequel la commande reçoit l'ordre de fermeture du pôle, deux retards successifs appropriés: a un retard K1 compté depuis un instant tl o la tension est nulle -M un retard K2 en principe constant, correspondant au laps de temps nécessaire à la fermeture du pôle à l'instant t2, compté depuis I'instant tl. Ce délai est essentiellement lié au temps mécanique K2' de manoeuvre des contacts du disjoncteur et au temps de préamorç,age de l'arc électrique K2" qui se créer entre les contacts du pôle (qui est toujours constant) La réussite de la fermeture synchrone d'un pôle de disjoncteur est donc particulièrement conditionnée par la constance, dans le temps, de la durée K2' de fonctionnement de la commande hydraulique du disjoncteur. A titre d'exemple, pour un réseau à 60Hz et une fermeture sur réactance, le régime transitoire du courant maximal admissible, exige une fermeture à une valeur de tension maximale Vmax avec une précision inférieure ou égale à 1 ms. On a constaté que dans les disjoncteurs à commande hydraulique utilisant des huiles dites " grands froids ", la répétitivité du temps mécanique K2' 2 2773638 est largement assurée entre -40 C et +50 C avec la précision requise, lors de manoeuvres très fréquentes. Par contre, si le disjoncteur est resté ouvert pendant un laps de temps important (plusieurs mois par exemple), I'expérience montre que le temps mécanique K2' de la première fermeture succédant à cette veille est entachée d'une erreur incompatible avec une fermeture synchrone. L'origine de cette erreur est liée au phénomène dit de " gommage " des joints toriques en caoutchouc synthétique chargés d'assurer l'étanchéité de la tige de sortie des vérins de la commande hydraulique. Cette difficulté est d'autant plus importante que les paramètres influençant cette erreur sont, outre le temps de veille, nombreux et mal connus. Le but de l'invention est de remédier à cette difficulté de façon simple. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de fermeture synchrone d'un disjoncteur à commande hydraulique monté dans un réseau à courant alternatif, consistant pour chaque pôle du disjoncteur, à effectuer dans un micro- contrôleur relié à la commande hydraulique par des interrupteurs statiques les étapes suivantes: sur réception d'un ordre de fermeture, commander les interrupteurs statiques pour assurer la fermeture dudit pôle; attendre un signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa 2 0 position d'ouverture et sa position de fermeture; sur réception dudit signal, commander les interrupteurs statiques pour assurer l'ouverture dudit pôle; détecter un passage de la tension sur le réseau à une valeur nulle; attendre un certain laps de temps à compter de ladite détection avant de commander les interrupteurs pour assurer la fermeture dudit pôle, ce laps de temps étant tel que la fermeture complète dudit pôle s'effectue en coïncidence avec un instant o la tension sur le réseau atteint une valeur caractéristique dépendante de la nature de la charge à mettre sous tension, par exemple un extremum dans le cas d'une réactance shunt. De façon avantageuse, la séquence - commander les interrupteurs statiques pour fermer ledit pôle; attendre un signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture; sur réception dudit signal commander les interrupteurs statiques pour ouvrir ledit pôle - est répétée plusieurs fois, si une grande précision de fermeture synchrone est requise. La précision peut encore être améliorée si le micro- contrôleur mesure, dans cette séquence, le temps séparant l'instant o il 3 2773638 commande les interrupteurs statiques pour fermer ledit pôle et l'instant o il reçoit ledit signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture, et répète cette séquence jusqu'à ce que ledit temps mesuré soit égal à une valeur prescrite. Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci- après plus en détails et illustré sur les dessins. La figure 1 montre très schématiquement les instants critiques de la commande de fermeture en fonction de la tension et du courant sur un réseau à courant alternatif. La figure 2 illustre très schématiquement l'architecture d'une commande numérique synchrone de fermeture d'un disjoncteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans le cas o la charge à mettre sous tension est une réactance. La figure 3 est un synoptique illustrant le fonctionnement d'une telle commande numérique de fermeture synchrone sur une réactance. Sur la figure 1, on rappelle que tO correspondant à l'instant o la commande reçoit un ordre de fermeture; t2 correspond à l'instant o la fermeture d'un pôle est effective et coïncide avec un instant o la tension V(t) est nulle; tl correspond à l'instant o la commande hydraulique est déclenchée pour fermer le pôle; K1 et K2 ont déjà été expliqués plus haut. K2 est généralement établi préalablement sur la base de mesures expérimentales. K1 est calculé sur la base de la relation suivante: K1 + K2 est un multiple du quart de période de la tension sur le réseau; K1 étant positif. A titre d'exemple, pour un réseau à 50Hz, si K2 vaut 17ms, on a K1 qui vaut 3ms. La figure 2 montre très schématiquement une commande de fermeture synchrone à architecture numérique pour un pôle 1 d'un disjoncteur avec des contacts de puissance fixes 2 et des contacts mobiles 3. Les contacts mobiles 3 sont déplacés dans le pôle par une tige de manoeuvre 4 entraînée par à un vérin avec des joints toriques d'étanchéité 6. La commande hydraulique du vérin inclut des bobines 10,11 qui agissent sur des électrovannes 12,13. La commande de fermeture proprement dite comprend essentiellement un micro- contrôleur 7 relié aux bobines 10,11 par des interrupteurs statiques 8,9. Le micro-contrôleur est aussi relié à des capteurs de position 14 et 15 liés au déplacement des contacts mobiles. Cette architecture numérique de la commande est plus particulièrement décrite dans le brevet FR- 2692085. Le fonctionnement habituel d'une telle commande de fermeture est le suivant. 4 2773638 Quand le pôle est ouvert, le capteur de position 14 envoie un signal ACO au micro-contrôleur 7 indicatif de l'état ouvert du pôle qui maintient les interrupteurs statiques 8 et 9 ouverts. Lorsque le micro-contrôleur reçoit un ordre de fermeture F, il envoie un signal SIC pour fermer l'interrupteur statique 9, alimenter la bobine 11 et activer I'électrovanne de fermeture 13. Le vérin 5 entraîne la tige 4 associée aux contacts mobiles. Un certain déplacement des contacts mobiles 3 désactive le capteur 14, par exemple un déplacement de 12 mm pour une course totale de mm, ce qui est détecté par le micro- contrôleur 7 qui ne reçoit plus le signal ACO. Le micro-contrôleur arrête d'envoyer le signal SIC à l'interrupteur statique 9 qui s'ouvre, sans pour autant fermer l'électrovanne 13 qui reste ouverte grâce à une rétroaction hydraulique non représentée. Lorsque la course du vérin est telle que les contacts mobiles sont fermés et arrivent environ 12mm de leur course finale, le capteur 15 fournit un signal ACC qui est détecté par le micro-contrôleur 7. L'opération de fermeture classique est terminée. Lorsque le micro- contrôleur reçoit un ordre d'ouverture O, il commande la fermeture de l'interrupteur statique 8 par un signal SIO, ce qui alimente la bobine 10 qui active I'électrovanne d'ouverture 12. L'ouverture du pôle est réalisée de façon symétrique à la fermeture en ce qui concerne les capteurs 14 et 15. En se reportant maintenant au synoptique de la figure 3 constitué de transitions et d'étapes, la fermeture synchrone du pôle 1 sur une réactance avec suppression de l'effet de gommage du joint 6 s'effectue de la façon suivante. A la transition T1, sur réception d'un ordre de fermeture F et du signal ACO indicatif de l'état ouvert du pole, le micro-contrôleur 7 (étape 30) envoie le signal SIC à l'interrupteur statique 9 qui actionne l'électrovanne de fermeture 13 et il déclenche une horloge H. A la transition T2, sur détection d'une absence de réception du signal ACO, cette absence de signal ACO indiquant que le pole n'est plus ouvert, le micro-contrôleur 7 arrête l'horloge H qui a mesuré un temps dT, cesse d'envoyer le signal de fermeture SIC à l'interrupteur statique 9 et envoie le signal d'ouverture SIO à l'interrupteur statique 8 pendant environ un temps K3 assez long d'environ 30ms, c'est-à-dire le temps nécessaire pour obtenir une ouverture complète du pole (étape 31). Le temps d'attente dT peut être plus ou moins long en fonction de l'effet de gommage exercé par le joint 6. A noter que le micro- contrôleur passe la transition T2 dès que le vérin a réussi à supprimer cet effet 2773638 de gommage, c'est-à-dire quand la tige 4 a pu effectuer une course d'au moins 12mm. A la transition T3, sur détection de la réception du signal ACO indicatif de l'ouverture du pole, le micro-contrôleur 7 compare le temps mesuré dT à un seuil de référence TREF (étape 32). Pendant cette étape, le micro-contrôleur 7 peut calculer le retard K1 comme indiqué plus haut. A la transition T4, si dT est supérieur à TREF, le micro-contrôleur 7 reprend le traitement à l'étape 30. A noter que cette boucle peut être répétée autant de fois que nécessaire jusqu'à obtenir une valeur dT constante assurant une parfaite suppression de l'effet de gommage du joint du vérin. A la transition T5, si dT est inférieure ou égale à REF et que le micro- contrôleur détecte un passage de la tension V(t) sur le réseau à une valeur nulle (cette tension étant numérisée dans un convertisseur 16 relié au micro- contrôleur), le traitement se poursuit à l'étape 33 dans laquelle le micro- contrôleur démarre la temporisation de durée K1. A la transition T6, quand la temporisation K1 est échue, le micro- contrôleur envoie (étape 34) le signal de fermeture SIC à l'interrupteur statique 9 qui actionne l'électrovanne 13 pour la fermeture synchrone du pôle. A la transition T7, sur détection de l'absence de réception du signal 2 0 ACO, cette absence traduisant que le pole n'est plus ouvert, le microcontrôleur cesse d'envoyer (étape 35) le signal de fermeture SIC à l'interrupteur statique 9. On comprendra que le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre un capteur supplémentaire placé entre les capteurs 14,15 pour permettre un débattement plus important de la course du vérin pendant la séquence de suppression de l'effet de gommage. En particulier, ce signal fourni par ce capteur supplémentaire peut servir pour régler le temps dT. Par ailleurs, le micro-contrôleur peut facilement être programmé pour corriger en temps réel le retard K2 en fonction de paramètres tels que la température, la pression de l'huile du vérin, la tension +T-T appliquée aux bobines 10 et 11 des 3 o électrovannes afin d'obtenir une fermeture synchrone encore plus précise. 6 2773638 REVENDICATIONS 1/ Un procédé de fermeture synchrone d'un disjoncteur à commande hydraulique monté dans un réseau à courant alternatif, consistant pour chaque pôle du disjoncteur, à effectuer dans un micro-contrôleur (7) relié à la commande hydraulique (10,11,12,13) par des interrupteurs statiques (8,9) les étapes suivantes sur réception (T1) d'un ordre de fermeture (F), commander (30) les interrupteurs statiques (SIC) pour assurer la fermeture dudit pôle; attendre un signal (ACO) indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture; sur réception dudit signal (T2), commander (31) les interrupteurs statiques (SIO) pour assurer l'ouverture dudit pôle; détecter (T5) un passage de la tension sur le réseau à une valeur nulle attendre un certain laps de temps à compter de ladite détection avant de commander (34) les interrupteurs statiques (SIC) pour assurer la fermeture dudit pôle, ce laps de temps étant tel que la fermeture complète dudit pôle s'effectue en coïncidence avec un instant o la tension sur le réseau atteint une valeur caractéristique dépendante de la nature de la charge à mettre sous tension. 2/ Le procédé selon la revendication 1, dans lequel la séquence - commander les interrupteurs statiques pour assurer la fermeture dudit pôle; attendre un signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture; sur réception dudit signal commander les interrupteurs statiques pour assurer l'ouverture dudit pôle - est répétée plusieurs fois. 3/ Le procédé selon l'une des revendications 2, dans lequel le micro- contrôleur mesure (32), dans la séquence, le temps (dT) séparant l'instant o il commande les interrupteurs statiques pour assurer la fermeture dudit pôle et l'instant o il reçoit ledit signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture, et répète cette séquence jusqu'à ce que ledit temps mesuré soit égal à une valeur prescrite.