Brevet FR3067873A1 — publié le 20181221

Ensemble de détection d'arc électrique L'invention concerne, de manière générale, les systèmes de distribution d'énergie électrique et, en particulier, les systèmes de distribution d'énergie électrique des aéronefs. Elle se rapporte plus particulièrement à un dispositif de détection et de coupure permettant l'extinction d'arcs électriques susceptibles d'apparaître et de se propager le long des organes distribuant l'énergie électrique, tels que les barres de distribution ou câbles. Une application de l'invention peut être les composants de distribution d'énergie électrique installés dans des armoires, encore appelées coeurs de distribution, ainsi que dans des ensembles de plus petites tailles tels que des racks mécaniques, par exemple assurant les fonctions de distribution et de protection d'énergie électrique sur aéronef. Toutefois, l'invention s'applique également a tout composant assurant des fonctions de distribution d'énergie au sein d'un équipement ou d'un système. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer les systèmes batteries, les convertisseurs de puissance, les cartes électroniques du type Solid State Power Controller, les cartes de type Remote Contactor Control B. Un aéronef possède en général un système électrique comprenant un système de distribution primaire d'énergie électrique et un système de distribution secondaire pour protéger et distribuer la puissance électrique provenant de sources internes ou de sources externes. On peut citer comme sources internes des générateurs ou des batteries. A titre d'exemple de sources externes, on peut citer des unités de puissance ou un groupe de parc. Le système de distribution secondaire permet d'alimenter des charges utiles ou d'autres boîtiers de distribution de l'aéronef. Le système de distribution secondaire est généralement composé de plusieurs cartes électroniques, assurant des fonctions de configuration, de communication ou de calcul et des cartes de 2 distribution et de protection, encore appelées SSPC pour Solid State Power Controller. Les cartes électroniques, notamment les SSPC, peuvent être équipées de plusieurs types de protection, comme d'une protection 5 contre les défauts d'arcs électriques. La protection contre les défauts d'arcs électriques associe généralement une fonction de détection et une fonction de commutation pour interrompre le défaut détecté. Concernant la détection des défauts de type arc électrique, de nombreuses méthodes de détection ont été proposées. Parmi celle-ci, 10 deux méthodes permettent de n'utiliser qu'un minimum de ressources supplémentaires hors celles propres au SSPC. La première méthode repose sur l'observation d'une grandeur physique telle que le courant de ligne et/ou la tension de ligne. La deuxième méthode repose sur la détection par injection d'un signal sur 15 le câble et le traitement du signal réfléchi. Dans la première méthode, le signal provenant du courant et/ou de la tension observée est acquis, transformé et envoyé vers une unité de calcul du type microcontrôleur ou composant programmable, qui peut procéder à différents traitements. 20 A titre d'exemple de traitements et de coupure, on peut citer : - la comparaison de la valeur acquise avec un seuil et une ouverture déclenchée du SSPC ; - la réalisation d'une transformée de Fourrier, analyse du contenu du spectre en comparant ce dernier avec un ensemble de 25 signatures typiques d'un arc. En cas de concordance entre le spectre acquis et une signature d'arc de référence, le SSPC reçoit une commande d'ouverture ; - la réalisation d'une transformée de Fourrier, analyse du contenu du spectre en comparant ce dernier avec un ensemble de 30 signatures typiques d'une charge. En cas de non concordance entre le spectre acquis et les signatures de référence, le SSPC reçoit une commande d'ouverture ; - l'acquisition du courant sur une large bande de fréquence, filtrage, amplification, détection de la puissance du signal et enfin 3 comparaison du niveau relevé avec un seuil et l'ouverture déclenchée du SSPC. Dans la seconde méthode, un signal est injecté sur le câble à surveiller. Le signal reçu après émission est relevé puis traité avec une 5 unité de calcul du type microcontrôleur ou composant programmable. Le signal émis peut être de largeur spectrale plus ou moins grande selon qu'il s'agisse d'une impulsion unique de courte durée ou d'un train d'impulsions de largeur prédéterminée. Dans les deux cas, le signal relevé est corrélé au signal émis pour s'affranchir des bruits de 10 mesure. Le résultat obtenu sur une bande de fréquence est comparé à un seuil de référence afin de déterminer s'il y a ou non présence d'un arc et nécessité d'ouvrir le SSPC. Cependant, les méthodes de détection employées actuellement sont peu fiables. En effet, lesdites méthodes sont souvent sujettes à 15 une détection intempestive de défauts en raison de la présence de variations de charge, de perturbations véhiculées sur la ligne électrique ou encore du fait des caractéristiques intrinsèques de la tension réseau. Lesdites méthodes de détection peuvent également conduire à 20 la non-détection de défauts présents si on essaie d'éliminer les perturbations de signaux. Il existe donc un besoin de fournir un ensemble de détection d'arc électrique pour un système de distribution d'énergie électrique ne présentant pas les inconvénients précités. 25 Selon un premier aspect, l'invention a pour objet un ensemble de détection d'arc électrique pour un système de distribution d'énergie électrique pour réseau électrique d'un aéronef comportant au moins une ligne de distribution électrique, ledit ensemble comprenant un dispositif d'observation et de traitement d'au moins une grandeur 30 physique de ladite au moins une ligne de distribution électrique, un dispositif d'injection et de traitement d'au moins un signal électrique sur la ligne de distribution électrique et un dispositif de corrélation et de traitement de la au moins une grandeur physique observée et traitée 4 par le dispositif d'observation et du au moins un signal injecté et traité par le dispositif de d'injection. Grâce à l'invention, la détection d'arc électrique est réalisée de manière plus fiable en évitant les fausses détections par rapport aux 5 moyens de détection de l'art antérieur. De plus, l'invention permet d'avoir une souplesse de détection basée sur l'association de deux dispositifs distincts. Selon des modes particuliers de l'invention, l'ensemble de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques 10 suivantes prises isolément ou selon toutes les combinaisons possibles : - la au moins une grandeur physique est le courant et/ou la tension ; - le dispositif d'observation comporte au moins un capteur de la au moins une grandeur physique et un élément de calcul et de 15 traitement de ladite au moins une grandeur physique observée ; - un élément de conditionnement du signal issu du au moins un capteur est relié à l'élément de calcul et de traitement ; - le dispositif d'injection comprend un élément d'injection d'un signal sur la ligne et un moyen pour traiter le signal réfléchi par 20 ladite ligne ; - le dispositif d'injection comprend un élément de calcul et de traitement dudit signal injecté ; - le dispositif d'observation et le dispositif d'injection sont regroupés dans un seul dispositif physique. 25 Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un système de distribution pour réseau électrique d'un aéronef comportant un ensemble de détection selon l'invention, au moins une ligne de distribution électrique et un élément d'ouverture du courant de la ligne de distribution, tel qu'un commutateur de puissance, notamment un 30 commutateur de type SSPC. Avantageusement, le dispositif d'observation et/ou le dispositif d'injection sont hébergés dans l'unité de calcul de l'élément d' ouverture. 5 Selon encore un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de détection d'un arc électrique sur au moins une ligne de distribution d'un système de distribution pour réseau électrique d'un aéronef comprenant les étapes où : 5 Etape A - on alimente électriquement la ligne de distribution ; Etape B - on mesure une grandeur physique de ladite ligne alimentée par le dispositif d'observation ; Etape C - on traite le signal mesuré à l'issue de l'étape B ; Etape D - on injecte un signal sur la ligne alimentée par le 10 dispositif d'injection ; Etape E - on récupère le signal réfléchi à l'issue de l'étape D par ladite ligne par le dispositif d'injection ; Etape F - on traite le signal réfléchi à l'issue de l'étape E ; Etape G - on compare le signal traité à l'issue de l'étape C et le 15 signal traité à l'issue de l'étape F. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de distribution selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est un diagramme schématisant le procédé selon un mode de réalisation de l'invention. Comme illustré sur les figures 1 et 2, le système de l'invention 25 1 permet la distribution d'énergie électrique (non représenté) pour réseau électrique d'un aéronef (non représenté). Le système de l'invention 1 comporte au moins une ligne de distribution électrique 3 destinée à alimenter une charge, et une référence de masse électrique, partagée avec la charge, le lien entre la 30 référence de masse électrique de la charge et de l'ensemble formé par les éléments 31, 33 et 37 pouvant présenter une impédance. Le système de l'invention peut également comporter deux lignes de distribution électrique 3 destinées à alimenter une charge. 6 Dans le cas d'un réseau triphasé, ledit système de l'invention peut comporter une pluralité de lignes de distribution, notamment trois lignes de distribution électrique en cas de triphasé ou quatre lignes de distribution électrique si un blindage est présent. 5 La ligne de distribution électrique 3 peut se présenter sous la forme d'une barre de distribution ou de câble. Le système de l'invention comporte également un dispositif d'ouverture 5 du courant de la ligne de distribution, tel qu'un commutateur de puissance, notamment un commutateur de type SSPC. 10 Ledit élément d'ouverture 5 peut comprendre une unité de calcul permettant le contrôle de l'ouverture ou de la fermeture dudit élément d'ouverture afin de réguler l'énergie électrique. L'élément d'ouverture 5 peut être associé à un dispositif de sûreté 7 qui permet d'assurer l'ouverture de la ligne de distribution en 15 présence d'un défaut non interrompu par l'élément d'ouverture 5. Le dispositif de sûreté 7 peut être intégré à l'élément d'ouverture 5 et être intégré à ce dernier. Le système de l'invention comporte également un ensemble de détection 9 comprenant : 20 - un dispositif d'observation et de traitement 11 d'au moins une grandeur physique de ladite au moins une ligne de distribution électrique 3, - un dispositif d'injection et de traitement 13 d'au moins un signal électrique sur la ligne de distribution électrique 3, et 25 - un dispositif de corrélation et de traitement des informations issues de la au moins une grandeur physique observée et traitée par le dispositif d'observation et du au moins un signal injecté et traité par le dispositif d'injection. Les dispositifs d'observation 11 et d'injection 13 ne reposent 30 pas sur les mêmes principes de détection ou sur l'observation et le traitement des mêmes grandeurs physiques. A titre d'exemple non limitatif, le dispositif d'observation 11 peut reposer sur l'observation et le traitement du courant distribué sur la ligne de distribution électrique 3 tandis que le dispositif d'injection 7 13 peut s'appuyer sur la réflectométrie, en injectant et en traitant un signal électrique du type tension sur la même ligne de distribution. L'invention permet de diagnostiquer de façon certaine la présence d'un arc électrique au sein du système de distribution 1 de 5 l'invention. En effet, en associant deux dispositifs de détection fonctionnant de manière différente, on s'affranchit de manière fiable de tout fausse détection qui conduirait à une ouverture de l'élément 5 et donc de la perte d'énergie non voulue sur la ligne de distribution 3. Le dispositif d'observation 11 et le dispositif d'injection 13 10 peuvent être distincts ou regroupés dans un seul dispositif physique. Dans ce dernier cas, l'ensemble de détection 9 est plus compact et moins complexe. Le dispositif physique hébergeant ledit dispositif d'observation 11 et ledit dispositif d'injection 13 peut être l'unité de calcul de 15 l'élément d'ouverture 5 ce qui permet de gagner davantage en compacité. Dans ce dernier cas, le dispositif de corrélation peut être ladite unité de calcul. La au moins une grandeur physique observée par le dispositif d'observation 11 peut être le courant et/ou la tension de la au moins 20 une ligne de distribution électrique. La au moins une grandeur physique observée par le dispositif d'observation 11 peut être le courant et/ou la tension de la au moins une ligne de distribution électrique 3. Le dispositif d'observation 11 peut comporter au moins un capteur 21, 23 de la au moins une grandeur physique et un élément 25 de calcul et de traitement 25 de ladite au moins une grandeur physique observée. Ainsi, comme représenté sur la figure 1, le dispositif d'observation 11 peut comprendre un ou plusieurs capteurs de courant 23 disposés en en série, par exemple en aval de l'élément d'ouverture 5 ou du dispositif de sureté 7. Ledit dispositif d'observation 11 peut 30 comprendre un ou plusieurs capteurs de tension 21 disposés en amont et/ou en aval de l'élément d'ouverture 5, ou du dispositif de sureté 7. Un élément de conditionnement 27 du signal issu du au moins un capteur 21, 23 peut être relié à l'élément de calcul et de traitement 25. 8 Le dispositif d'injection 13 peut comprendre, à titre d'exemple, un élément d'injection 31 d'un signal sur la ligne de distribution 3. Ledit dispositif d'injection 13 peut être disposé en aval de l'élément d'ouverture 5 ou du dispositif de sureté 7, notamment en aval du 5 dispositif d'observation 1. Le dispositif d'injection 13 peut également comprendre un élément de calcul et de traitement 33 dudit signal injecté. L'unité de traitement 25 corrèle les informations issues de sa propre analyse et de celles remontées par l'unité de traitement 33. 10 Un élément de conditionnement 37 du signal sortant ou entrant de l'élément d'injection 31 peut être relié à l'élément de calcul et de traitement 33. Comme représenté sur la figure 2, l'invention comprend également un procédé de détection d'un arc électrique sur au moins 15 une ligne de distribution 3 d'un système de distribution pour réseau électrique d'un aéronef comprenant les étapes où : Etape A 101 - on alimente électriquement la ligne de distribution 3; Etape B 103 - on mesure une grandeur physique de ladite ligne 20 5 alimentée par le dispositif d'observation 11 ; Etape C 105 - on traite le signal mesuré à l'issue de l'étape B 103 par le dispositif d'observation; Etape D 107 - on injecte un signal sur la ligne alimentée par le dispositif d'injection ; 25 Etape E 109 - on récupère le signal réfléchi à l'issue de l'étape D 107 par ladite ligne par le dispositif d'injection ; Etape F 111 - on traite le signal réfléchi à l'issue de l'étape E 109 ; Etape G 113 - on compare le signal traité à l'issue de l'étape C 30 105 et le signal traité à l'issue de l'étape F 111. Au cours de l'étape A 101, on peut alimenter la ligne de distribution électrique 3 par tout moyen connu de l'homme du métier, notamment un générateur, une batterie ou un parc. 9 Au cours de l'étape B 103, on peut mesurer la grandeur physique grâce à un ou plusieurs capteurs 21, 23. Au cours de l'étape C 105, on traite le signal mesuré à l'issue de l'étape B par le dispositif d'observation 11 par notamment 5 l'élément de conditionnement 27 et l'élément REVENDICATIONS1. Ensemble de détection (9) d'arc électrique pour un système de distribution d'énergie électrique (1) pour réseau électrique d'un aéronef comportant au moins une ligne de distribution électrique (3), ledit ensemble (9) comprenant un dispositif d'observation et de traitement (11) d'au moins une grandeur physique de ladite au moins une ligne de distribution électrique (3), un dispositif d'injection et de traitement (13) d'au moins un signal électrique sur la ligne de distribution électrique (3) et un dispositif de corrélation et de traitement (25, 33) de la au moins une grandeur physique observée et traitée par le dispositif d'observation (11) et du au moins un signal injecté et traité par le dispositif d'injection (13). 2. Ensemble (9) selon la revendication 1, dans lequel la au moins une grandeur physique est le courant et/ou la tension. 3. Ensemble (9) selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le dispositif d'observation (11) comporte au moins un capteur (21, 23) de la au moins une grandeur physique et un élément de calcul et de traitement (25) de ladite au moins une grandeur physique observée. 4. Ensemble (9) selon la revendication 3, dans lequel un élément de conditionnement (27) du signal issu du au moins un capteur est relié à l'élément de calcul et de traitement (25). 5. Ensemble (9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'injection (13) comprend un élément d'injection (31) d'un signal sur la ligne et un moyen pour traiter le signal réfléchi par ladite ligne. 6. Ensemble (9) selon la revendication 5, dans lequel le dispositif d'injection comprend un élément de calcul et de traitement (33) dudit signal injecté. 7. Ensemble (9) l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'observation (11) et le dispositif d'injection (13) sont regroupés dans un seul dispositif physique. 11 8. Système de distribution (1) pour réseau électrique d'un aéronef comportant un ensemble de détection (9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins une ligne de distribution électrique (3) et un élément d'ouverture (5) du courant de 5 la ligne de distribution, tel qu'un commutateur de puissance, notamment un commutateur de type SSPC. 9. Système (1) selon la revendication 8, dans lequel le dispositif d'observation (11) et/ou le dispositif d'injection (13) sont hébergés dans l'unité de calcul de l'élément d'ouverture (5). 10 10. Procédé de détection d'un arc électrique sur au moins une ligne de distribution (3) d'un système de distribution (1) pour réseau électrique d'un aéronef comprenant les étapes où : Etape A (101) - on alimente électriquement la ligne de distribution (3) ; 15 Etape B (103) - on mesure une grandeur physique de ladite ligne (3) alimentée par le dispositif d'observation (11) ; Etape C (105) - on traite le signal mesuré à l'issue de l'étape B (103); Etape D (107) - on injecte un signal sur la ligne alimentée par 20 le dispositif d'injection (13); Etape E (109) - on récupère le signal réfléchi à l'issue de l'étape D (107) par ladite ligne par le dispositif d'injection (13) ; Etape F (111) - on traite le signal réfléchi à l'issue de l'étape E (109) ; 25 Etape G (113) - on compare le signal traité à l'issue de l'étape C (105) et le signal traité à l'issue de l'étape F (111).