Brevet FR2990305A1 — publié le 20131108

B11-1961R 1 Procédé de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique L'invention concerne la détection et la protection d'un défaut électrique et plus particulièrement d'un défaut électrique dans un boîtier de distribution électrique. L'invention s'applique avantageusement mais de manière non limitative à la distribution électrique dans un aéronef. La distribution de l'énergie électrique dans un aéronef est très hiérarchique. La puissance est tout d'abord produite à partir de générateurs entraînés par les moteurs de l'aéronef. Puis, cette énergie est véhiculée vers des boîtiers de distribution primaire. L'énergie électrique est alors distribuée par des câbles sortant des boîtiers de distribution primaire soit directement vers des charges, soit vers des boîtiers de distribution secondaire qui eux mêmes alimentent le reste des charges électriques. Ce principe de fonctionnement pourrait être modifié lorsqu'un des générateurs dédié à un boitier de distribution primaire ne fonctionne pas. Dans ce cas, un autre générateur de l'avion pourra suppléer au générateur qui ne fonctionne pas. Il est connu de l'état de la technique, un premier type de protection dit de surcharge. Ce premier type de protection comprend un moyen de contrôle du générateur, un contacteur de ligne placé sur les câbles qui sortent des boîtiers de distribution primaire et secondaire et un moyen de commande des contacteurs de ligne. Ces éléments de protection permettent l'arrêt du générateur et l'ouverture des contacteurs de ligne dans le cas d'une surcharge de courant ou d'un défaut. Ce premier type de protection peut également comprendre en sortie des boîtiers de distribution, à la place ou en supplément du contacteur de ligne, un disjoncteur, un fusible ou un contacteur disjoncteur. Ces éléments de protection permettent également une ouverture dans le cas d'une surcharge de courant ou d'un défaut sur le câble qu'ils protègent. Pour permettre la sélectivité, c'est-à-dire l'arrêt de la distribution d'électricité à un rang de la distribution nécessaire et suffisant, les éléments de protection mentionnés ci-dessus ont des seuils de détection en courant et des temps de déclenchement différents. Leur temps de déclenchement dépend notamment de leur rang dans la distribution. Par exemple, le temps de déclenchement d'un fusible d'un câble en sortie d'un boîtier de distribution secondaire sera inférieur au temps de déclenchement du moyen de contrôle du générateur. Cela permet que seul l'élément de protection situé directement en amont du défaut électrique ne se déclenche, les éléments de protection plus en amont ne se déclenchant pas. Cela étant, dans le cas par exemple du moyen de contrôle du générateur, son temps de déclenchement peut atteindre 5 secondes. Ainsi, si un défaut apparaît dans le boitier de distribution primaire, il faudra attendre près de 5 secondes avant l'arrêt du générateur. Ce temps est suffisamment long pour causer des dommages. Il est également connu de l'état de la technique un deuxième type de protection dit différentiel qui comprend une mesure du courant en amont et en aval d'une ligne de distribution. En cas d'absence de défaut, les deux mesures de courant sont égales. En cas de défaut, le courant est différent et ce défaut pourra être situé facilement puisqu'il se situe entre les deux points de mesure. Cette protection est par exemple utilisée pour protéger les câbles du générateur. Par contre, cette protection ne peut pas facilement être utilisée pour détecter un court-circuit interne d'un boîtier de distribution car une mesure est alors nécessaire sur chacune des lignes de distribution issues du boîtier de distribution. Compte tenu du nombre de lignes à mesurer et de la disparité des capteurs utilisés, il existe de forts risques de déclenchement intempestifs de la protection. Il est proposé selon l'invention un procédé et un dispositif de protection qui vise à pallier les inconvénients des protections mentionnées ci avant. Selon un aspect, il est proposé un procédé de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique équipé d'une barre de distribution de courant d'alimentation destinée à être raccordée entre une source d'énergie électrique et des charges à alimenter, comprenant une étape de détection d'un défaut électrique dans le boîtier de distribution. Cette étape de détection comprend : -une première étape de mesure d'un courant d'alimentation débité sur ladite barre de distribution de courant d'alimentation par la source d'énergie électrique, -une deuxième étape de mesure de courants de charge distribués de la barre de distribution vers chacune des charges, et -une étape de traitement continue desdites mesures de courant au cours de laquelle le courant d'alimentation et les courants de charge sont comparés à des valeurs de seuil de courant de charge de manière à détecter des surcharges. On ne compare plus des mesures de courant mais la présence d'une surcharge en amont et en aval du boîtier de distribution, en particulier du boîtier de distribution primaire. Ainsi, on peut détecter un défaut dans le boîtier tout en limitant le risque de déclenchement intempestif de la protection. On notera que le courant d'alimentation débité sur la barre de distribution peut être un courant en provenance d'un générateur dédié au boitier de distribution primaire. Il peut également être, dans le cas où le générateur du boitier de distribution primaire ne fonctionne plus, un courant en provenance d'un autre générateur dédié en principe à un autre boitier de distribution primaire. Dans ce cas, le courant d'alimentation débité sur la barre de distribution est issu de la barre de distribution de cet autre boitier de distribution primaire. Selon un mode de mise en oeuvre, l'étape de traitement comprend : -une première étape de comparaison du courant d'alimentation avec une valeur de seuil de courant d'alimentation ; -si le courant d'alimentation est supérieur à la valeur de seuil de courant d'alimentation, une deuxième étape de comparaison des charges du courant de charge avec des valeurs de seuil de courant de charge ; un défaut électrique étant détecté dans le boîtier de distribution si à l'issue de la deuxième étape de comparaison aucun des courants de charge n'est supérieur aux valeurs de seuil de courant de charge. Ainsi, pour détecter le défaut dans un boîtier de distribution primaire on teste si la surcharge de la source d'énergie se propage dans les lignes de distribution. On peut ainsi détecter un défaut électrique et son emplacement. Selon un autre mode de mise en oeuvre, dédié à la protection d' un boîtier de distribution primaire comprenant un premier composant de commutation, par exemple un contacteur de ligne situé entre la source d'énergie électrique et la barre de distribution, et des seconds composants de commutation, par exemple des contacteurs de ligne situés entre la barre de distribution et chacune des charges, ce procédé comprend une étape d'ouverture d'au moins un des composants de commutation si un défaut est détecté dans le boîtier de distribution. Ainsi, le déclenchement des contacteurs permettant l'isolement du boîtier de distribution est rapidement effectué à l'issu de la détection du défaut. La source d'énergie électrique peut être un générateur dédié à un premier boitier de distribution primaire. Cette source d'énergie peut alors également faire office de source d'énergie pour un autre boitier de distribution primaire, par exemple dans le cas où le générateur de cet autre boitier de distribution primaire ne fonctionne plus. Dans ce cas, le deuxième contacteur peut être un contacteur BTC situé entre la barre de distribution du premier boitier de distribution primaire et la barre de distribution de cet autre boitier de distribution primaire, commutant un courant de charge. La source d'énergie électrique peut être un autre générateur dédié à un autre boitier de distribution primaire, par exemple dans le cas où le générateur dédié au premier boitier de distribution primaire ne fonctionne plus. Dans ce cas, le premier contacteur peut être un contacteur BTC situé entre la barre de distribution du premier boitier de distribution primaire et la barre de distribution de cet autre boitier de distribution primaire, commutant un courant d'alimentation. Selon un autre mode de mise en oeuvre, au cours de l'étape d'ouverture le premier composant de commutation et/ou les seconds composants de commutation sont ouverts. Selon un autre mode de mise en oeuvre, l'étape d'ouverture comprend en outre une étape d'arrêt de la source d'énergie électrique. Selon un autre aspect, il est proposé un système de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique équipé d'une barre de distribution de courant d'alimentation destinée à être raccordé entre une source d'énergie électrique par exemple un générateur dédié audit boitier de distribution et des charges à alimenter. Ce système comprend des moyens de détection d'un défaut électrique dans le boîtier de distribution, comprenant : -un premier moyen de mesure pour mesurer un courant d'alimentation débité sur ladite barre de distribution de courant d'alimentation par la source d'énergie électrique; -des seconds moyens de mesure pour mesurer des courants de charge distribués de la barre de distribution vers chacune des charges; et -des moyens de traitements desdites mesures de courant, lesdits moyens de traitements comprenant des moyens de comparaison du courant d'alimentation et des courants de charge avec des valeurs de seuil de manière à détecter des surcharges. Selon un mode de réalisation, les moyens de traitement comprennent : -des premiers moyens de comparaison configurés pour comparer le courant d'alimentation avec une valeur de seuil d'un courant d'alimentation, -des deuxièmes moyens de comparaison configurés pour comparer les courants de charge avec des valeurs de seuil de courant de charge si le courant d'alimentation est supérieur à la valeur de seuil du courant d'alimentation, les moyens de traitement étant configurés pour détecter un défaut électrique dans le boîtier de distribution si aucun des courants de charge n'est supérieur aux valeurs de seuil de courant de charge. Par exemple, la valeur de seuil d'un courant d'alimentation correspond à un courant d'alimentation maximal acceptable. De même, la valeur de seuil de courant de charge peut correspondre à un courant de charge maximal acceptable. Selon un autre mode de réalisation, le système comprend un premier composant de commutation situé entre la source d'énergie et la barre de distribution, des seconds composants de commutation situés entre la barre de distribution et chacune des charges et des moyens de commande adaptés pour ouvrir au moins l'un desdits composants de commutation si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution. Les composants de commutation sont par exemple des contacteurs de ligne. Selon un autre mode de réalisation, les moyens de commande sont adaptés pour ouvrir le premier composant de commutation si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution. Selon un autre mode de réalisation, la source d'énergie électrique est contrôlée par un moyen de contrôle adapté pour contrôler l'arrêt de la source d'énergie électrique si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution. D' autres avantages et caractéristiques de l' invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation, nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre de manière schématique un système de distribution d'énergie électrique selon l'état de la technique ; - la figure 2 illustre de manière schématique un système de protection d'un boîtier de distribution électrique selon l'invention ; et - la figure 3 illustre de manière schématique un procédé de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique selon l' invention. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un système d'alimentation d'un aéronef en énergie électrique. Ce système comprend essentiellement un générateur G, un réseau primaire, un réseau secondaire et un ensemble de charges électriques Cl à C24. Le réseau primaire comprend un boîtier de distribution primaire BODP destiné à fournir de l'énergie électrique via le réseau de bord aux charges Cl, C21, C22, C23, C24 ou à des boîtiers de distribution secondaires BODS du réseau secondaire. Comme on le voit sur cette figure, le boîtier de distribution primaire BODP est alimenté par le générateur G dédié, lui-même contrôlé par un moyen de contrôle MCONT. Le boîtier BODP comprend une barre de distribution primaire BDP qui assure la distribution du courant délivré par le générateur. Le générateur G est relié à la barre primaire BDP au moyen d'un câble LG. La barre primaire BDP est reliée à la partie aval du réseau de distribution via deux câbles Li et L2. Le premier câble Li est relié directement à une charge Cl de l'aéronef tandis que le deuxième câble L2 est relié à un boîtier de distribution secondaire BODS. La barre primaire BDP est également reliée à des autres boîtiers de distribution primaire (non représentés) via des contacteurs BTC. Ces contacteurs sont de type Bus Tie Contactor selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier. Chacun de ces contacteurs BTC permet la connexion électrique de la barre BDP à une barre de distribution d'un autre boitier de distribution primaire. Le boîtier de distribution secondaire BODS comprend une barre secondaire BDS. La barre de distribution secondaire BDS est reliée via quatre câbles L21, L22, L23, L24 à quatre charges C21, C22, C23, C24. A titre d'exemple de réalisation, la charge Cl consomme de 35 à 200 ampères et les charges C21, C22, C23, C24 consomment chacune de 3 à 25 ampères. Le système de protection du boîtier de distribution primaire BODP comprend ici deux contacteurs de ligne CL. Un premier contacteur de ligne CL est situé sur le câble LG, l'autre contacteur de ligne CL étant situé sur le câble L2. Le système de protection du boîtier BODP comprend également un contacteur disjoncteur CD situé sur le câble Li entre la barre primaire BDP et la charge Cl de l'aéronef. Le contacteur disjoncteur CD pourrait être remplacé par un disjoncteur, un fusible ou un composant d'une autre technologie assurant la même fonction. Tous ces éléments de protection (contacteur disjoncteur, fusible, disjoncteur) permettent une ouverture dans le cas d'une surcharge de courant. Le contacteur disjoncteur CD pourrait également être remplacé par un simple contacteur de ligne CL ou un composant d'une autre technologie assurant la même fonction. Le système de protection du boîtier BODP comprend en outre des moyens de commande MCOM. Les moyens de commande MCOM sont configurés pour ouvrir ou fermer chacun des contacteurs CL, CD et BTC, par exemple si un défaut électrique est détecté. Le dispositif de protection du boîtier de distribution secondaire BODS comprend deux transistors Ti et T2 prévus respectivement sur des câbles L21, L22 et deux disjoncteurs Dl et D2 prévus respectivement sur des câbles L23, L24. La figure 2 représente un système d'alimentation d'un aéronef en énergie électrique doté d'un dispositif de protection du boîtier de distribution primaire selon l'invention. Sur cette figure, on reconnaît le générateur G, les charges Ql, Q2, Qn. Le système est ici doté d'une ligne de distribution comprenant un boîtier de distribution primaire BODP muni d'un système de protection selon l'invention. Le boîtier de distribution BODP de la figure 2 est alimenté par le générateur G dédié lui-même contrôlé par un moyen de contrôle MCONT, et comprend une barre de distribution primaire BDP. La barre BDP est reliée à un autre boîtier de distribution primaire (non représenté) via des contacteurs BTC. Chacun de ces contacteurs BTC permet la connexion électrique de la barre BDP à une barre de distribution d'un autre boitier de distribution primaire. Ainsi, pour chacun des autres boitiers de distribution primaire, un contacteur BTC commute un courant d'alimentation si le générateur G ne fonctionne pas et le générateur dédié à l'autre boitier de distribution primaire est disponible. Au contraire, le contacteur BTC commute un courant de charge si le générateur dédié à l'autre boitier de distribution primaire ne fonctionne pas et le générateur G est disponible. Le boîtier de distribution primaire de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 en ce qu'il comprend n câbles Li, L2 ... Ln reliant la barre de distribution primaire BDP à des charges Ql, ...Qn. Le système de protection du boîtier BODP de la figure 2 comprend n+1 contacteurs de ligne CL. Un contacteur de ligne CL est situé sur le câble LG et n contacteurs de ligne CL sont situés respectivement sur des câbles L 1...Ln. Le système de protection comprend encore des moyens de commande MCOM. Ces moyens de commande MCOM sont configurés pour ouvrir ou fermer chacun des contacteurs CL et BTC, par exemple si un défaut électrique est détecté. En outre, le système de protection du boîtier BODP comprend des moyens de détection servant à détecter l'apparition d'un défaut électrique dans le boîtier de distribution primaire BODP. Ces moyens de détection comprennent un moyen de mesure du courant CAG disposé sur le câble LG. Ce moyen de mesure du courant CAG est configuré pour mesurer le courant Ig traversant le câble LG. A titre d'exemple de réalisation le moyen de mesure du courant CAG est un ampèremètre ou un transformateur d'intensité. Ils comprennent par ailleurs des moyens de mesure du courant CAl...CAn disposés sur chacun des câbles Li, ... Ln. Ces moyens de mesure du courant sont adaptés pour mesurer les courants H, 12, ... In traversant chacun des câbles Li, ... Ln. A titre d'exemple de réalisation les moyens de mesure du courant sont des transformateurs d'intensité. Les moyens de détection comportent en outre des moyens de traitement MT configurés pour traiter les mesures de courant des capteurs CAG, CA1,...CAn. On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, les principales étapes d'un procédé de protection du boîtier de distribution de la figure 2. Ce procédé comprend essentiellement une détection d'un défaut et une étape principale d'ouverture des contacteurs. La détection d'un défaut comprend une étape de mesure de courants et une étape de traitement des courants mesurés. L'étape de mesure comprend une première étape 1 au cours de laquelle on mesure le courant Ig circulant en amont du boîtier de distribution et une deuxième étape 2 au cours de laquelle on mesure les courants H, 12, ... In circulant en sortie de ce boîtier. L'étape de traitement des courants mesurés comprend une première étape 3 au cours de laquelle le courant d'alimentation Ig mesuré par le capteur CAG est comparé avec une valeur de seuil de courant d'alimentation Igs. Plus précisément, les moyens de traitement MT testent l'expression Ig>Igs. Si la valeur du courant mesuré est supérieure à la valeur de seuil, alors on passe à l'étape suivante. Dans le cas contraire, on revient à l'étape de mesure précédente. Avec une valeur de seuil convenablement choisie (par exemple 140% de la valeur Ig nominale), le test Ig>Igs permet de détecter une surcharge du générateur G. Lors de l'étape 4 suivante, le courant de charge Il mesuré par le capteur CA1 est comparé avec une première valeur de seuil de courant de charge IS1. Le courant de charge 12 mesuré par le capteur CA2 est comparé avec une deuxième valeur de seuil de courant de charge IS2. Enfin, le courant de charge In mesuré par le capteur CAn est comparé avec une énième valeur de seuil de courant de charge ISn. Plus précisément les moyens MT testent l'expression « I1>IS1 ou 12>IS2 ou...In>ISn». Si l'un au moins des courants de charge est supérieur à la valeur de seuil de courant de charge, alors on revient à l'étape de mesure précédente. Dans le cas contraire, on passe à l'étape 5 suivante. Le test de l'expression I1>IS1 ou 12>IS2 ou...In>ISn permet de détecter avec des valeurs de courant de charge seuil IS1, IS2, ISn convenablement choisies (par exemple 150% des valeurs H, 12, ..In nominale) une surcharge sur au moins une des lignes de distribution au niveau des capteurs CAl...CAn. Selon un autre mode de mise en oeuvre non représenté, les moyens MT pourraient tester l'expression « I1IS1 et 12 Enfin, l'étape principale d'ouverture comprend une étape 6 au cours de laquelle les moyens de commande MCOM commandent l'ouverture d'au moins un des contacteurs CL. Cette étape est mise en oeuvre si l'étape 5 a été mise en oeuvre. A titre d'exemple de réalisation, les moyens de traitement MT sont configurés pour informer les moyens de commande MCOM de l'activation de l'étape 5. Au cours de cette étape 6, plusieurs actions sont possibles : -ouverture du contacteur CL situé sur le câble LG entre le générateur G et la barre BDP ; -ouverture des contacteurs CL situé sur les câbles Li, L2 ... Ln en aval de la barre BDP ; -arrêt du générateur G en utilisant le moyen de contrôle MCONT. Ces différentes actions peuvent être réalisées de manière successive, simultanée, ou alternative. L'invention permet ainsi d'isoler le boîtier BODP défectueux du générateur et/ou de la partie aval du circuit de distribution afin d'éviter d'endommager les autres équipements. REVENDICATIONS1. Procédé de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique (BODP) équipé d'une barre de distribution de courant d'alimentation (BDP) destinée à être raccordée entre une source d'énergie électrique (G) et des charges (Q1, Q2, Q3 Qn) à alimenter, comprenant une étape de détection (1, 2, 3, 4, 5) d'un défaut électrique dans le boîtier de distribution (BODP) caractérisé en ce que l'étape de détection comprend : -une première étape de mesure (1) d'un courant d'alimentation débité sur ladite barre de distribution de courant d'alimentation (BDP) par la source d'énergie électrique (G), -une deuxième étape de mesure (2) de courants de charge (CA1, CA2, CAn) distribués de la barre de distribution vers chacune des charges (Q1, Q2, Q3 ... Qn),et -une étape de traitement continue (3, 4, 5) desdites mesures de courant au cours de laquelle le courant d'alimentation et les courants de charge sont comparés à des valeurs de seuil de courant de charge de manière à détecter des surcharges. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement (3, 4, 5) comprend : -une première étape de comparaison (3) du courant d'alimentation avec une valeur de seuil de courant d'alimentation ; -si le courant d'alimentation est supérieur à la valeur de seuil de courant d'alimentation, une deuxième étape de comparaison (4) des courants de charge avec des valeurs de seuil de courant de charge ; un défaut électrique étant détecté (5) dans le boîtier de distribution (BODP) si à l'issue de la deuxième étape de comparaison aucun des courants de charge n'est supérieur aux valeurs de seuil de courant de charge. 3. Procédé selon la revendication 2, pour la protection d'un boîtier de distribution primaire (BODP) comprenant un premier composant de commutation (CL, BTC) situé entre la source d'énergie électrique (G) et la barre de distribution (BDP) et des secondscomposants de commutation (CL, BTC) situés entre la barre de distribution et chacune des charges (Q1, Q2, Q3 ... Qn), comprenant une étape d'ouverture (6) d'au moins un des composants de commutation (CL, BTC) si un défaut est détecté dans le boîtier de distribution (BODP). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel au cours de l'étape d'ouverture (6) le premier composant de commutation (CL, BTC) est ouvert. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel au cours de l'étape d'ouverture (6) les seconds composants de commutation (CL, BTC) sont ouverts. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l'étape d'ouverture (6) comprend en outre une étape d'arrêt de la source d'énergie électrique (G). 7. Système de protection d'un boîtier de distribution d'énergie électrique (BODP) équipé d'une barre de distribution de courant d'alimentation (BDP) destinée à être raccordée entre une source d'énergie électrique (G) et des charges (Q1, Q2, Q3 ... Qn) à alimenter, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'un défaut électrique dans le boîtier de distribution (BOPD) comprenant : -un premier moyen de mesure pour mesurer un courant d'alimentation débité sur ladite barre de distribution de courant d'alimentation (BDP) par la source d'énergie électrique (G); -des seconds moyens de mesure pour mesurer des courants de charge (CA1, CA2, CAn) distribués de la barre de distribution vers chacune des charges (Q1, Q2, Q3 ... Qn); et -des moyens de traitements (MT) desdites mesures de courant, lesdits moyens de traitements comprenant des moyens de comparaison du courant d'alimentation et des courants de charge avec des valeurs de seuil de manière à détecter des surcharges. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel les moyens de traitement (MT) comprennent :-des premiers moyens de comparaison configurés pour comparer le courant d'alimentation avec une valeur de seuil d'un courant d'alimentation, -des deuxièmes moyens de comparaison configurés pour comparer les courants de charge avec des valeurs de seuil de courant de charge si le courant d'alimentation est supérieur à la valeur de seuil du courant d'alimentation, les moyens de traitement (MTT) étant configurés pour détecter un défaut électrique dans le boîtier de distribution (BODP) si aucun des courants de charge n'est supérieur aux valeurs de seuil de courant de charge. 9. Système selon la revendication 8, comprenant un premier composant de commutation (CL, BTC) situé entre la source d'énergie électrique (G) et la barre de distribution (BDP), des seconds composants de commutation (CL, BTC) situés entre la barre de distribution et chacune des charges et des moyens de commande (MCOM) adaptés pour ouvrir au moins l'un desdits composants de commutation (CL, BTC) si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel les moyens de commande (MCOM) sont adaptés pour ouvrir le composant de commutation (CL, BTC) si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution. 11. Système selon l'une des revendications 9 à 10, dans lequel la source d'énergie électrique (G) est contrôlée par un moyen de contrôle (MCONT) adapté pour contrôler l'arrêt de la source d'énergie électrique (G) si un défaut électrique est détecté dans le boîtier de distribution (BODP).