Brevet FR2976413A1 — publié le 20121214

B11-1587FR 1 Système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire. L'invention concerne la protection en courant d'un boîtier de distribution, et plus particulièrement la protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire alimenté par un générateur et délivrant de l'énergie électrique à au moins un boîtier secondaire de distribution. La distribution d'énergie électrique dans un aéronef est généralement hiérarchisée de manière pyramidale. Tout d'abord, la puissance électrique est produite principalement à partir de générateurs entraînés par des moteurs. Cette énergie est alors véhiculée au moyen de câbles vers des boîtiers de distribution primaire. Ces boîtiers de distribution primaire envoient ensuite cette énergie électrique directement vers des charges ou bien vers des boîtiers de distribution secondaire. De manière générale, chacun des boîtiers primaires ou secondaires intègre les composants de distribution parmi lesquels certains, comme le contacteur de ligne, ont pour fonction de commuter cette énergie électrique vers une barre de distribution comprise dans le boîtier de distribution, une barre de distribution primaire dans un boîtier primaire et une barre de distribution secondaire dans un boîtier secondaire. Ils intègrent également des composants de distribution qui ont pour fonction de commuter l'énergie électrique vers les charges électriques à bord, ou bien encore des composants de distribution ayant pour fonction de commuter l'énergie électrique vers des sous réseaux de distribution secondaire qui redistribuent de nouveau l'énergie électrique vers des charges de moindre puissance. D'autres composants de distribution ont pour fonction de protéger le réseau en cas notamment de défaut, comme un court-circuit par exemple. Systématiquement, chaque câble qui sort du boîtier de distribution pour acheminer l'énergie électrique est protégé par un composant de protection tel que, par exemple, un disjoncteur, un fusible, ou un contacteur-disjoncteur. Ces composants sont tous basés sur un déclenchement à partir d'une surcharge de courant, et sont donc actionnés en fonction d'un temps de déclenchement inversement proportionnel au courant de surcharge. Le temps de déclenchement de ces protections est défini de sorte qu'en cas de défaut, l'élément de protection directement situé en amont disjoncte seul sans qu'aucun autre composant de protection ne se déclenche. Dans le cas contraire où un élément de protection de rang supérieur, c'est-à-dire plus en amont, se déclenche, la ligne en défaut serait isolée, ainsi que d'autres lignes saines provoquant des nuisances. C'est le principe de sélectivité. Ainsi, les protections du réseau secondaire se déclenche plus rapidement que celles, plus en amont, du réseau primaire. La protection la plus en amont du réseau électrique est celle qui contrôle le générateur et qui commande le contacteur de ligne, élément de commutation le plus en amont. Elle est également basée sur une mesure de courant afin d'identifier une surcharge. Elle permet d'isoler le défaut si aucune autre protection en aval n'a pu le faire, prouvant par conséquent que le défaut est situé en aval au niveau du réseau primaire. Pour que cette protection ultime se déclenche, il faut cependant attendre un temps suffisant afin que toutes les protections en aval puissent se déclencher dans le cas où le défaut serait situé à leur niveau. Ce temps peut prendre jusqu'à 5s, ce qui est suffisamment long pour causer d'importants dommages. En réalisant une protection hiérarchique telle que ci-dessus, la protection du générateur ne peut opérer qu'après toutes les autres, et est donc la plus longue à se déclencher. Par conséquent, un défaut directement en aval de la protection du générateur, mais en amont de toutes les autres protections, pourra engendrer des dégâts avant d'être isolé étant donné le temps de déclenchement de cette dernière protection du générateur. Ces dégâts pourront alors être dommageables pour le fonctionnement du système de distribution électrique mais surtout pour la poursuite de la mission de l'aéronef. I1 est également connu d'autres types de protection permettant de s'affranchir de ce principe hiérarchique, c'est la protection différentielle. Cette protection consiste à réaliser une mesure en amont et une mesure en aval d'une ligne de distribution. En l'absence de défaut, le courant mesuré en amont et en aval de la ligne de distribution par les deux capteurs est identique. En revanche, en cas de défaut, le courant mesuré par les deux capteurs diffère car une partie du courant est alors dirigée vers la structure à l'endroit du court-circuit. Ce principe est généralement utilisé pour protéger les câbles du générateur. Ce principe de protection est également quelques fois utilisé pour des protections de câbles dits d'inter-barres entre deux barres primaires d'un même boîtier primaire ou dans deux boîtiers de distribution primaire. Cette protection est, en revanche, très difficile à mettre en oeuvre pour protéger un boîtier de distribution d'un court-circuit interne car il faut alors faire une comparaison de courant entre une ligne d'alimentation, celle issue du générateur, et plusieurs lignes de distribution d'alimentation des charges et du réseau secondaire. Compte tenu du nombre de lignes à mesurer et de la disparité, même minime, des capteurs utilisés, il y a de forts risques de déclenchement intempestif de l'élément de protection. L'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés en proposant un système de protection en courant adapté pour rapidement protéger un boîtier de distribution primaire d'un court-circuit interne. Selon un aspect, il est proposé, dans un mode de réalisation, un système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire alimenté par au moins un générateur d'énergie électrique et délivrant de l'énergie électrique à au moins une charge et/ou à au moins un boîtier de distribution secondaire, comprenant un contacteur de ligne pour chaque générateur disposé entre le boîtier de distribution électrique primaire et ledit générateur, et le boîtier de distribution électrique primaire comprenant un châssis électriquement conducteur. Selon une caractéristique générale, le système de protection comprend un organe de raccordement électrique apte à coupler électriquement le châssis du boîtier à une structure métallique externe couplée à la masse, un capteur de courant apte à mesurer un courant traversant ledit organe de raccordement électrique, et des moyens de commande aptes à commander les contacteurs de ligne de manière à électriquement découpler au moins un générateur du boîtier de distribution électrique primaire si un courant traversant ledit organe de raccordement électrique est détecté. Ainsi, dans le cas où un seul générateur alimente le boîtier de distribution électrique primaire, dès l'apparition d'un courant de fuite sur l'organe de raccordement électrique, le générateur est électriquement découplé du boîtier de distribution électrique primaire via une commande du contacteur de ligne couplant le générateur au boîtier de distribution électrique primaire. Dans le cas où plusieurs générateurs alimentent le boîtier de distribution électrique primaire, il est possible de découpler électriquement simultanément tous les générateurs du boîtier de distribution électrique primaire en commandant les contacteurs de lignes couplant les générateurs au boîtier de distribution électrique primaire dès qu'un courant est détecté sur l'organe de raccordement électrique, et ainsi de protéger l'intégrité du boîtier de distribution électrique primaire. Avantageusement, le système peut également comprendre une pluralité de modules de mesure de courant, un module de mesure de courant étant couplé à un générateur, une pluralité de moyens de détermination de surcharge d'un générateur couplés en sortie aux moyens de commande, un moyen de détermination de surcharge d'un générateur étant couplé en entrée à un module de mesure de courant et apte à comparer une mesure de courant à un seuil de courant de surcharge, et dans lequel les moyens de commandes sont aptes à commander les contacteurs de ligne de manière à électriquement découpler les générateurs en surcharge du boîtier de distribution électrique primaire. De cette manière, en couplant la détection d'un courant sur l'organe de raccordement électrique à la détection de la surcharge d'un ou plusieurs générateurs, le système de protection est capable de découpler électriquement les générateurs en surcharge qui par conséquent alimentent le défaut, et ainsi d'isoler rapidement les lignes en défaut tout en maintenant une alimentation du boîtier électrique primaire par les autres générateurs qui ne sont pas en surcharge. Avantageusement, le dispositif peut comprendre des moyens d'isolation électrique intégrés entre le boîtier de distribution électrique primaire et la structure métallique externe. Selon un autre aspect, il est proposé dans un mode de mise en oeuvre, un procédé de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire alimenté par au moins un générateur d'énergie électrique et délivrant de l'énergie électrique à au moins une charge et/ou à au moins un boîtier de distribution secondaire, le boîtier de distribution électrique primaire comprenant un châssis électriquement conducteur. Selon une caractéristique générale, le procédé comprend un couplage électrique du châssis électriquement conducteur du boîtier à une structure métallique externe couplée à la masse via un organe de raccordement électrique, une mesure du courant traversant ledit organe de raccordement électrique, et une commande pour électriquement découpler au moins un générateur du boîtier de distribution électrique primaire si un courant traversant ledit organe de raccordement électrique est détecté. Avantageusement, le procédé peut également comprendre une mesure de courant de chaque générateur, une comparaison de chaque mesure à un seuil de courant de surcharge, une détermination des générateurs en surcharge, et une commande pour électriquement découpler les générateurs en surcharge du boîtier de distribution électrique primaire. Le boîtier de distribution électrique primaire peut avantageusement être fixé à la structure métallique externe de manière à être isolé électriquement. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description d'un mode de réalisation détaillée et d'un mode de mise en oeuvre de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre, de manière schématique, un réseau de distribution électrique comprenant système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 illustre, de manière schématique, un réseau de distribution électrique comprenant système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire selon un second mode de réalisation ; - la figure 3 présente un organigramme d'un procédé de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire selon un mode de mise en oeuvre. Sur la figure 1 a été représenté un réseau de distribution d'énergie électrique comprenant un système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire selon un premier mode de réalisation. Le réseau de distribution comprend un étage de génération, un réseau primaire, un réseau secondaire, et un étage de charges électriques à alimenter en énergie électrique. L'étage de génération comprend un générateur 1 d'énergie électrique couplé à des moyens de commande 2 du générateur 1. Le réseau primaire comprend un boîtier de distribution électrique primaire 3 comportant une barre de distribution primaire 4 destinée à recevoir l'énergie électrique délivrée par le générateur 1 et à commuter cette énergie électrique vers le réseau secondaire ou directement vers l'étage des charges électriques. La barre de distribution primaire 4 est couplée au générateur 1 via un contacteur de ligne 5 couplé à des moyens de commande 6 des contacteurs permettant de commander l'ouverture ou la fermeture du contacteur de ligne 5 et ainsi d'alimenter ou non la barre de distribution primaire 4. La barre de distribution primaire 4 alimente en aval une charge 7 couplée à la barre de distribution primaire 4 via un contacteur disjoncteur 8 se déclenchant si une surcharge de courant apparaît sur la charge 7. La barre de distribution primaire 4 commute également l'énergie électrique délivrée par le générateur 1 à un boîtier de distribution électrique secondaire 9. Le boîtier de distribution électrique secondaire 9 comprend une barre de distribution secondaire 10 couplée à la barre de distribution primaire 4 via un contacteur 11 également couplé aux moyens de commande 6 des contacteurs. La barre de distribution secondaire 10 commute l'énergie électrique vers des charges 12 via des composants de protection de câble, tels que des disjoncteurs 13 ou des fusibles 14. Les composants de protection de câble 13 et/ou 14 se déclenchent si une surcharge apparaît sur la charge 12 à laquelle l'élément de protection est couplé. La barre de distribution primaire 4 peut également commuter l'énergie électrique délivrée par le générateur 1 à une autre barre de distribution primaire adjacente située dans le même boîtier de distribution primaire 3 ou dans un autre boîtier de distribution primaire via un contacteur de couplage de bords 20 (en anglais « Bus Tie contactor »). En fonctionnement normal, cette barre de distribution primaire adjacente est alimentée par un générateur supplémentaire. Cependant, si le générateur 1 qui alimente la barre de distribution primaire 4 est mis en défaut ou bien si le générateur supplémentaire alimentant la barre de distribution adjacente est mis en défaut, alors le contacteur de couplage de bords 20 est fermé permettant ainsi d'alimenter les deux barres de distribution primaire par le générateur restant en fonctionnement. Dans ce mode de fonctionnement, le contacteur de couplage de bords 20 peut être apparenté à un contacteur de ligne car il commute sur la barre de distribution primaire 4 l'alimentation en courant du générateur supplémentaire si le générateur 1 est mis en défaut. i 2976413 B11-1587FR Le châssis C du boîtier de distribution électrique primaire 3 est couplé à la masse via un organe de raccordement électrique 15 tel qu'un câble ou une tresse métallique. Dans le cas où le boîtier de distribution électrique primaire 3 est embarqué dans un avion par 5 exemple, le châssis du boîtier de distribution électrique primaire 3 peut être électriquement raccordé à la structure de l'avion via un ou plusieurs câbles ou tresses de métallisation. Le boîtier de distribution électrique primaire 3 comprend un capteur de courant 16 couplé à l'organe de raccordement électrique 15 10 d'une part, et couplé aux moyens de commande 6 des contacteurs d'autre part. Le capteur de courant 16 permet de détecter l'apparition d'un courant traversant l'organe de raccordement électrique 15. En fonctionnement normal, il n'y a aucun courant qui circule dans l'organe de raccordement électrique 15. En revanche, lors de 15 l'apparition d'un défaut électrique ou d'un arc électrique entre un élément électriquement conducteur interne au boîtier de distribution électrique primaire 3 et le châssis C, un courant circule dans le châssis C et traverse l'organe de raccordement électrique 15. Ce courant est alors détecté par le capteur de courant et un signal de détection est 20 envoyé aux moyens de commande 6 des contacteurs qui commandent l'ouverture du contacteur de ligne 5 découplant ainsi le générateur 1 de la barre de distribution primaire 4 du boîtier de distribution électrique primaire 3. Les composants du boîtier de distribution électrique primaire 3 et le générateur 1 sont alors protégés. 25 Sur la figure 2 a été représenté un réseau de distribution d'énergie électrique comprenant un système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire selon un second mode de réalisation. Les éléments identiques aux éléments décrits sur la figure 1 30 portent les mêmes références. Dans ce mode de réalisation, l'étage de génération du réseau de distribution comprend trois générateurs la, lb et 1c couplés aux moyens de commande 2 des 'générateurs. Les trois générateurs la, lb et 1c sont couplés à la barre de distribution primaire 4 respectivement via trois contacteurs 5a, 5b et 5c. Les trois contacteurs de lignes 5a, 5b et 5c sont commandés par les moyens de commandes 6 des contacteurs Des moyens de mesure de courant 17a, 17b et 17c sont respectivement couplés au trois générateurs la, lb et 1c de manière mesurer à tout moment le courant délivré par chaque générateur la, lb et 1c. Chaque mesure réalisée par un des moyens de mesures de courant 17a, 17b et 17c est respectivement transmise à un comparateur 18a, 18b et 18c qui compare la mesure effectué à un seuil de surcharge et qui détecte ainsi si un générateur la, lb ou 1c est en surcharge. En effet, si un défaut électrique ou un arc électrique apparaît entre un élément électriquement conducteur interne au boîtier de distribution électrique primaire 3 et le châssis C, en plus du courant électrique circulant dans le châssis C et traversant l'organe de raccordement électrique 15, au moins un générateur la, lb et/ou le est en surcharge. La surcharge d'un générateur est mesurée par le capteur de courant 17a, 17b ou 17c associé, et déterminée par les comparateurs respectivement associés 18a, 18b et 18c, et transmise aux moyens de commande 6 des contacteurs. Dans ce mode de réalisation, si un courant est détecté dans l'organe de raccordement électrique 15 par le capteur de courant 16, les moyens de commande 6 des contacteurs commandent l'ouverture du ou des contacteurs 5a, 5b et/ou 5c couplé au(x) générateur(s) en surcharge. Sur la figure 3 est illustré de manière schématique un organigramme d'un procédé de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire 3 selon un mode de mise un oeuvre relatif au second mode de réalisation présenté sur la figure 2. Dans une première étape, on détecte à l'aide du capteur de courant 16 si un courant traverse l'organe de raccordement électrique 15. Ce courant signifie qu'un courant circule dans le châssis C. Ce courant est dû à l'apparition d'un défaut électrique ou d'un arc électrique entre un élément électriquement conducteur interne au boîtier de distribution électrique primaire 3 et le châssis C. Dans une seconde étape 320, on détecte à l'aide des capteurs de courant 17a, 17b et 17c respectivement couplés aux trois générateurs la, lb et le et des comparateurs 18a, 18b et 18c, si au moins l'un des trois générateurs la, lb et/ou 1c est en surcharge. Ans une troisième étape 330, les moyens de commande 6 des contacteurs commandent l'ouverture des contacteurs 5a, 5b et/ou 5c qui sont couplés à des générateurs en surcharge. L'invention proposée permet de protéger de manière simple et rapide un boîtier de distribution électrique primaire alimenté par un ou plusieurs générateurs, en détectant directement un défaut électrique ou un arc électrique entre un élément interne au boîtier de distribution électrique primaire et le châssis, sans attendre que les protections en aval soient testées. REVENDICATIONS1. Système de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire (3) alimenté par au moins un générateur (la, lb, lc) d'énergie électrique et délivrant de l'énergie électrique à au moins une charge (7) et/ou à au moins un boîtier de distribution secondaire (9), comprenant un contacteur de ligne (5a, 5b, 5c) pour chaque générateur (la, lb, lc) disposé entre le boîtier de distribution électrique primaire (3) et ledit générateur (la, lb, lc), et le boîtier de distribution électrique primaire (3) comprenant un châssis (C) électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un organe raccordement électrique (15) apte à coupler électriquement le châssis (C) du boîtier (3) à une structure métallique externe couplée à la masse, un capteur de courant (16) apte à mesurer un courant traversant ledit organe de raccordement électrique (15), et des moyens de commande (6) aptes à commander les contacteurs de ligne (5a, 5b, 5c) de manière à électriquement découpler au moins un générateur (la, lb, 1c) du boîtier de distribution électrique primaire (3) si un courant traversant ledit organe de raccordement électrique (15) est détecté. 2. Système selon la revendication 1, comprenant une pluralité de modules de mesure de courant (17a, 17b, 17c), un module de mesure de courant (17a, 17b, 17c) étant couplé à un générateur (la, lb, lc), une pluralité de moyens (18a, 18b, 18c) de détermination de surcharge d'un générateur (la, lb, lc) couplés en sortie aux moyens de commande (6), un moyen (18a, 18b, 18c) de détermination de surcharge d'un générateur (la, lb, 1c) étant couplé en entrée à un module de mesure de courant (17a, 17b, 17c) et apte à comparer une mesure de courant à un seuil de courant de surcharge, et dans lequel les moyens de commandes (6) sont aptes à commander les contacteurs de ligne (5a, 5b, 5c) de manière à électriquement découpler les générateurs (la, lb, lc) en surcharge du boîtier de distribution électrique primaire (3). 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant des moyens d'isolation électrique intégrés entre le boîtier de distribution électrique primaire (3) et la structure métallique externe. 4. Procédé de protection en courant d'un boîtier de distribution électrique primaire (3) alimenté par au moins un générateur (la, lb, lc) d'énergie électrique et délivrant de l'énergie électrique à au moins une charge (7) et/ou à au moins un boîtier de distribution secondaire (9), le boîtier de distribution électrique primaire (3) comprenant un châssis (C) électriquement conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un couplage électrique du châssis (C) électriquement conducteur du boîtier (3) à une structure métallique externe couplée à la masse via un organe de raccordement électrique (15), une mesure du courant traversant ledit organe de raccordement électrique (15), et une commande de contacteurs de lignes pour électriquement découpler au moins un générateur (la, lb, 1c) du boîtier de distribution électrique primaire (3) si un courant traversant ledit organe de raccordement électrique (15) est détecté. 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant une mesure de courant de chaque générateur (l a, lb, 1c), une comparaison de chaque mesure à un seuil de courant de surcharge, une détermination des générateurs (la, lb, 1c) en surcharge, et une commande pour électriquement découpler les générateurs (la, lb, 1c) en surcharge du boîtier de distribution électrique primaire (3). 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le boîtier de distribution électrique primaire (3) est fixé à la structure métallique externe de manière à être isolé électriquement.