Brevet FR2795523A1 — publié le 20001229

DISPOSITIF DE LOCALISATION D'UN DEFAUT PHASE-TERRE DANS UNE LIGNE ELECTRIQUE TRIPHASEE L'invention concerne un dispositif de localisation d'un défaut phase-terre dans une ligne électrique triphasée, dispositif comportant des moyens de mesure des courants phase et des tensions phase-terre de la ligne, des moyens de détermination du courant homopolaire à partir des courants phase mesurés, des moyens de détermination de la localisation du défaut en fonction des valeurs complexes des courants phase et des tensions phase-terre mesurés, du courant homopolaire, de caractéristiques d'impédance prédéterminées de la ligne et d'un courant de polarisation. Les dispositifs connus de localisation de défaut, localisateur de défaut ou relais de distance, utilisent des mesures de tension et de courant instantanées , en un point situé à une extrémité de la ligne et les paramètres connus de la ligne, pour déterminer la distance entre le point de mesure et l'emplacement du défaut. Ces dispositifs sont basés sur une mesure d'impédance mes vue du point où est réalisée la mesure. Or la caractéristique d'impédance mesurée dépend de l'impédance de la ligne jusqu'au défaut, de la résistance du court-circuit, du transit de puissance sur la ligne et des puissances de court-circuit des sources situées à chaque extrémité de la ligne. Dans le cas de défauts monophasés à la terre utilisant des caractéristiques quadrilatérales, il est connu d'introduire dans le calcul de distance un courant de polarisation destiné à compenser les erreurs de mesure introduites notamment par la résistance du court-circuit et les sources. Classiquement le courant de polarisation est constitué soit par le courant inverse, soit par le courant homopolaire. L'invention a pour but l'amélioration de la précision de la mesure dans un dispositif de localisation de défaut. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que pour chaque phase, le courant de polarisation a une valeur auto-adaptive, fonction des valeurs complexes du courant dans la phase considérée, du courant dans la phase décalée de +l20 par rapport à la phase considérée et du courant homopolaire. Selon un développement de l'invention, le courant de polarisation est le produit de la valeur complexe du courant homopolaire par un coefficient de polarisation associé à la phase considérée. Selon un autre développement de l'invention les moyens de détermination de la localisation du défaut comportent des moyens de comparaison à des seuils du module et de l'argument du coefficient de polarisation, la détermination de la localisation du défaut n'étant validée que si ledit module et ledit argument sont respectivement inférieurs à des premier et second seuils. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de l'exposé qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 illustre le principe de fonctionnement d'un localisateur de défaut selon l'art antérieur. Les figures 2 à 4 représentent dans le plan complexe, l'impédance directe de ligne Z,d , l'impédance mesurée Z n,. et l'impédance m Z,d, m, Z ,d ou m2 Z Ld entre le localisateur de défaut et le défaut, respectivement en théorie (figure 2), dans l'art antérieur (fig.3) et avec un dispositif selon l'invention (fig.4). La figure 5 représente, sous forme de schéma-bloc, un localisateur de défaut de type connu. La figure 6 illustre un mode particulier de réalisation d'un organigramme selon l'invention, destiné à être utilisé dans un dispositif selon la figure 5. Sur la figure 1, un localisateur de défaut 1 est connecté à une extrémité d'une section AB d'un conducteur de phase d'une ligne électrique. Sur la figure 1, la ligne est monophasée pour simplifier, mais le même principe s'applique à une ligne triphasée. Le localisateur de défaut 1 mesure le courant dans le conducteur de phase et la tension entre ce conducteur et la terre. La section de ligne a une impédance de ligne Z Ld. On suppose qu'un défaut d'isolement a lieu en un point F de la ligne, situé à une distance à déterminer de l'extrémité A à laquelle est connecté le localisateur de défaut. Soit m le rapport entre la distance à déterminer et la longueur, connue de la section de ligne entre les points A et B. L'impédance de la ligne est alors mZ,d entre les points A et F et (1 -m) Z. entre les points F et B. La ligne est connectée, au point A, à une première source d'impédance Zs, et, au point B, à une seconde source d'impédance Z S1 Pour chaque phase (D d'une ligne triphasée, avec 3 phases (D 1, (D 2 et (D 3, la valeur de la tension phase-terre est donnée par l'équation VmN =mmZLd(Ïm +koIo)+3RfIf (1) Dans cette équation, ainsi que dans les suivantes, toutes les grandeurs, sauf m et R f sont, les valeurs complexes des grandeurs suivantes - mm est représentatif de la distance du défaut dans le conducteur de phase considéré - Im est le courant mesuré dans la phase considérée - Io est le courant homopolaire I o - (1m, + Imz + 103) / 3 (2) - k. est une caractéristique connue de la ligne ZL, et Z Lo étant respectivement les impédances directe et homopolaire de la ligne. - R f et Ï f sont respectivement la résistance et le courant de défaut. L'impédance mesurée @n@es. est donné par l'équation Des équations (1) et (4) on peut déduire La valeur théorique de mZLd, ainsi que les impédances directes de ligne et l'impédance mesurée, sont représentées dans la phase complexe à la figure 2. Pour obtenir la valeur théorique de mZLd à partir de la valeur de l'impédance mesurée, il faut lui ajouter un vecteur correspondant à l'expression de l'équation (5). La résistance Rf et le courant Î f du défaut d'isolement étant inconnus, l'équation (5) ne peut être utilisée pour la détermination de la distance m. Il est connu de déduire une approximation de la distance de défaut, de la mesure de l'impédance mea en utilisant un courant de polarisation Î,, , selon l'équation où (ÎP, @ est le conjugué de Î.., . Dans l'art antérieur, le courant de polarisation est soit le courant inverse soit le courant homopolaire iv , soit j. + kojo . Dans le plan complexe, cela revient à ajouter au vecteur représentatif de l'impédance mesurée Zmea un vecteur de correction faisant avec l'axe des abscisses un angle de correction 6 correspondant à l'argument du vecteur ÎPO, /( Îm +kojo ). L'intersection de ce vecteur avec le vecteur représentatif de l'impédance directe de ligne ZLd correspond à l'extrémité du vecteur représentatif de mZ,d , permettant ainsi de déterminer la distance m. La figure 3 représente une valeur m,ZLd obtenue avec un angle de correction A, et correspondant à un courant de polarisation selon l'art antérieur, constitué par le courant homopolaire ÎO. La figure 4 représente un angle de correction 6Z, obtenu avec un courant de polarisation selon l'invention et conduisant à une valeur m?ZLd plus proche de la valeur théorique mi, que la valeur m,ZLd obtenue avec un dispositif selon l'art antérieur. De manière classique, un localisateur de défaut comporte un microprocesseur 2 recevant, par l'intermédiaire d'un circuit de mise en forme, comportant notamment un convertisseur analogique I numérique 3, les valeurs des courants I,,,, Iv 2, ID 3 mesurées dans les 3 conducteurs de phase de la ligne et les valeurs des tensions phase-terre Vm,N, Vm1N et Vm3N . Les caractéristiques de la ligne, k0, Z, (ou ZLd et ZLO , ko étant alors calculé par le microprocesseur ) sont fournies au microprocesseur par une interface 4. Cette interface peut être conçue de toute manière appropriée. Le microprocesseur 2 peut communiquer, par exemple par l'intermédiaire d'un bus 5, avec tout dispositif de contrôle ou de signalisation approprié, permettant ainsi l'affichage de la distance de défaut déterminée. Dans le cas d'un relais de distance, l'impédance de défaut, correspondant au module du vecteur de correction, peut être déterminée et comparée, de manière classique, à une caractéristique de protection, de type quadrilatérale. En cas de défaut, un signal de déclenchement peut alors être envoyé par le microprocesseur 2 et provoquer l'ouverture de la ligne en défaut. Selon l'invention le courant de polarisation ÎP., a, pour une phase prédéterminée, une valeur auto-adaptative, fonction des valeurs complexes du courant jm ( Î-V, , Îm z ou Î.,) mesuré dans la phase considérée, du courant dans la phase (Î@m+,1@@) (respectivement @m 1, Îm j ou Im, ) décalée de + 120 par rapport à la phase considérée et du courant homopolaire Îo , obtenu à partir des valeurs de courant mesurées (équation 2). Plus particulièrement, le courant de polarisation Ipo, est obtenu en faisant le produit de la valeur complexe du courant homopolaire j. par un coefficient de polarisation Pm associé à la phase considérée: Ivo, Po Io ( avec où (D =0,,(D1 ou (D3 (D1 (D, + 120 +l20 (D, =(D3 +1200 On peut donc déduire des équations(6) à (8), la valeur de % pour une phase en défaut On peut montrer que le coefficient de polarisation Pm est égal au rapport entre les coefficients d'injection des courants des sources de la ligne. L'organigramme de la figure 6 illustre un mode de réalisation préférentiel d'un dispositif selon l'invention. Dans une phase F1 d'initial isation, le microprocesseur 2 lit les caractéristiques ko et Z,d de la ligne qui lui ont été fournies par l'interface 4. Puis, dans une phase F2, il lit les mesures numériques des courants de phase (I,,,, Im1,Imj) et des tensions phase-terre (Vm,N,Vm1N,VV3N ) mesurées par des capteurs de courant et de tension et convertis par le convertisseur analogique numérique 3. Il calcule alors (F3) le courant homopolaire I., conformément à l'équation (2). Dans une variante de réalisation, non représentée, ko est calculé par le microprocesseur conformément à l'équation (3), pendant l'étape F3, l'interface 4 lui ayant fourni les valeurs ZLd et ZLO. Dans une étape F4, le microprocesseur 2 détermine les valeurs complexes des grandeurs mesurées et calculées. Ceci est, classiquement, réalisé en utilisant une décomposition de la grandeur considérée en série de Fourier. Pour chaque phase (D , le coefficient de polarisation Pm est ensuite calculé, dans une étape F5, conformément à l'équation (8) et la distance de défaut m., dans une étape F6, conformément à l'équation (9). Dans les étapes F7 et F8, le module IPm I du coefficient de polarisation et son argument Arg ( Pm) sont respectivement comparés à des premier et second seuils. La valeur de la distance de défaut mD calculée n'est validée (en F9) que si le module et l'argument sont respectivement inférieurs à leurs seuils respectifs (sorties OUI de F7, sortie OUI de F8). Sur la figure, le premier seuil est égal à 10 et le second seuil à 45 . Dans la pratique, le second seuil peut être inférieur à 45 , par exemple voisin d'une dizaine de degrés. Si l'une des conditions n'est pas respectée (sortie NON de F7 ou F8), la détermination de la localisation d'un défaut dans la phase considérée n'est pas validée et le microprocesseur repasse à l'entrée de l'étape F2 de mesure des courants et tensions. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de localisation d'un défaut phase-terre dans une ligne électrique triphasée, dispositif comportant des moyens de mesure des courants phase (I'D ) et des tensions phase-terre ( yDN ) de la ligne, des moyens (F3) de détermination du courant homopolaire (Io ) à partir des courants phase ( Iv ) mesurés, des moyens de détermination de la localisation du défaut en fonction des valeurs complexes des courants phase (h ) et des tensions phase-terre (VAN ) mesurés, du courant homopolaire ( Io ), de caractéristiques d'impédance (k o, Z w) prédéterminées de la ligne et d'un courant de polarisation ( I po, ), dispositif caractérisé en ce que, pour chaque phase, le courant de polarisation a une valeur (I poi ) auto-adaptive, fonction des valeurs complexes du courant (Im ) dans la phase considérée, du courant (I(0+12# dans la phase décalée de + 120 par rapport à la phase considérée et du courant homopolaire (I, ). 2. Dispositif selon la revendication 1; caractérisé en ce que le courant de polarisation ( h, ) est le produit de la valeur complexe (Îo) du courant homopolaire par un coefficient de polarisation ( Pm ) associé à la phase considérée. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le coefficient de polarisation associé à l'une des phases est donné par l'équation dans laquelle il, est la valeur complexe du courant phase mesuré, Î@@+,ZO.@ est la valeur complexe du courant phase mesuré dans la phase décalée de + 120 par rapport à ladite phase, Ïo est la valeur complexe du courant homopolaire, et 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de détermination de la localisation du défaut comportent des moyens (F7, F8) de comparaison à des seuils du module (IP. I ) et de l'argument (Arg ( Pm )) du coefficient de polarisation, la détermination de la localisation du défaut n'étant validée (F9) que si ledit module et ledit argument sont respectivement inférieurs à des premier et second seuils. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier seuil est égal à 10. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le second seuil est inférieur à 45 .