Brevet FR3086762A1 — publié le 20200403

Procédé de diagnostic de la cause de déclenchement d'un appareil de protection électrique, appareil auxiliaire et système électrique pour la mise en oeuvre d'un tel procédé La présente invention concerne un procédé de diagnostic de la cause de déclenchement d'un appareil de protection électrique. L'invention concerne également un appareil auxiliaire et un système électrique pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de diagnostic. Les installations électriques comportent généralement un ou plusieurs appareils de protection électrique, tels que des disjoncteurs, pour interrompre la circulation du courant électrique dans un ou plusieurs conducteurs électriques de l'installation en cas de détection d'un défaut électrique, tel qu'un court-circuit ou une surcharge dans l'installation. A cet effet, l'appareil de protection comprend un dispositif de déclenchement prévu pour détecter un ou plusieurs défauts électriques et, en réponse, commuter l'appareil de protection vers un état électriquement ouvert. Lorsque l'appareil de protection est déclenché, il est souhaitable de pouvoir identifier le type de défaut électrique ayant conduit au déclenchement, car cela facilite la gestion et la supervision de l'installation électrique. C'est pourquoi des appareils auxiliaires sont parfois ajoutés aux côtés de l'appareil de protection, afin d'assurer des fonctions de surveillance et de diagnostic, sans avoir besoin de remplacer complètement les appareils de protection déjà installés. Les fonctions de surveillance et de diagnostic sont typiquement mises en oeuvre à partir de mesures de grandeurs électriques réalisées par les appareils auxiliaires, comme par exemple décrit dans le document EP-2849196-B1. Toutefois, dans certaines circonstances, les diagnostics effectués par les appareils auxiliaires peuvent être erronés. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un procédé de diagnostic de la cause de déclenchement d'un appareil de protection électrique, ainsi qu'un appareil auxiliaire et un système électrique pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de diagnostic. A cet effet, l'invention concerne un procédé de diagnostic de la cause de déclenchement d'un appareil de protection électrique, le procédé comportant : - la mesure de l'intensité d'un courant électrique alternatif circulant dans au moins un conducteur électrique d'une installation électrique comportant un 2 appareil de protection électrique, au moyen d'un capteur de courant d'un appareil auxiliaire associé au conducteur électrique ; le calcul, par une unité électronique de traitement de l'appareil auxiliaire, de valeurs représentatives du courant électrique mesuré, lesdites valeurs 5 représentatives étant chacune calculées à partir des valeurs d'intensité mesurées pendant un intervalle de temps prédéfini, les valeurs représentatives du courant électrique incluant l'intensité maximale du courant mesuré et la valeur efficace du courant mesuré ; l'enregistrement des valeurs calculées dans une mémoire de l'appareil 10 auxiliaire ; la mesure, le calcul et l'enregistrement étant réalisés de façon répétée tant qu'un courant électrique circule dans ledit conducteur électrique. Conformément à l'invention, le procédé comporte, postérieurement à une détection par l'appareil auxiliaire d'une perte d'alimentation électrique dans ledit 15 conducteur électrique, la détermination d'un type de défaut électrique à partir des valeurs enregistrées, la détermination comportant : la comparaison, avec une première valeur de seuil, de la plus grande valeur de l'intensité maximale du courant parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de mesure précédant la perte de l'alimentation 20 électrique, un court-circuit étant diagnostiqué si la plus grande valeur de l'intensité maximale est supérieure à la première valeur de seuil ; la comparaison, avec une deuxième valeur de seuil, de la plus grande valeur de valeur efficace du courant parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de mesure précédant la perte de l'alimentation 25 électrique, une surcharge étant diagnostiquée si la plus grande valeur de valeur efficace est supérieure à la deuxième valeur de seuil. Grâce à l'invention, la cause de déclenchement de l'appareil de protection peut être diagnostiquée par un appareil auxiliaire indépendant de l'appareil de protection. L'implémentation de la fonction de diagnostic sur des installations existantes est 30 donc facilitée, puisque cette fonction peut être intégrée simplement en ajoutant l'appareil auxiliaire et sans avoir besoin de remplacer tout ou partie des appareils de protection. En outre, la fiabilité du diagnostic de la cause du déclenchement est améliorée. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé de diagnostic peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible : 3 - La première valeur de seuil est calculée automatiquement, postérieurement à la détection de perte d'alimentation électrique, en fonction des valeurs d'intensité maximale du courant mesuré préalablement enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la détection de perte d'alimentation électrique. 5 - Le calcul de la première valeur de seuil comporte : - la détermination de la plus grande valeur de l'intensité maximale du courant de l'intensité maximale du courant parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique ; 10 - la détermination de la plus petite valeur de l'intensité maximale du courant parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique ; - le calcul de la valeur moyenne entre la plus petite valeur et la plus grande valeur déterminées de l'intensité maximale du courant, la première valeur 15 de seuil étant définie égale à la valeur moyenne calculée. - Lors du calcul de la première valeur de seuil, les valeurs enregistrées de l'intensité maximale du courant qui sont associées à des intervalles de temps postérieurs à l'intervalle de temps correspondant à la plus grande valeur déterminée de l'intensité maximale du courant sont ignorées pour la détermination de la plus petite valeur, la plus 20 petite valeur de l'intensité maximale du courant étant déterminée parmi les seules valeurs enregistrées correspondant aux intervalles de temps antérieurs à l'intervalle de temps correspondant à la plus grande valeur déterminée. - Lors de la détermination d'un type de défaut électrique, aucun court-circuit n'est diagnostiqué si la plus grande valeur déterminée de l'intensité maximale du courant est 25 inférieure à deux fois la plus petite valeur déterminée de l'intensité maximale du courant. - Lors de la détermination d'un type de défaut électrique, un court-circuit n'est diagnostiqué que si, en plus, la plus grande valeur de l'intensité maximale du courant parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique est supérieure ou égale à deux fois la valeur de courant de 30 calibre de l'appareil de protection. - La deuxième valeur de seuil est supérieure à la valeur de courant de calibre et inférieure à deux fois ladite valeur de courant de calibre de l'appareil de protection. - Lorsque la détermination d'un type de défaut électrique a conduit à la détection à la fois d'un court-circuit et d'une surcharge, seule la détection du court-circuit est prise en 35 compte, la détection de la surcharge étant alors dans ce cas automatiquement ignorée. 4 - Le procédé comporte, lors de la détection d'un défaut électrique de type courant de surcharge, l'enregistrement, dans une mémoire de l'appareil auxiliaire, de la plus grande valeur de valeur efficace du courant. - Le procédé comporte, postérieurement à la détermination du type de défaut 5 électrique, l'envoi d'un message de diagnostic représentatif du type de défaut électrique déterminé, à destination d'un concentrateur, au moyen d'une interface de communication sans fil de l'appareil auxiliaire et/ou l'enregistrement, dans une mémoire de l'appareil auxiliaire, d'une information de diagnostic représentative du type de défaut électrique déterminé. 10 - La durée des intervalles de temps est proportionnelle à la période du courant électrique alternatif circulant dans ledit conducteur électrique. Selon un autre aspect, l'invention concerne un appareil auxiliaire pour une installation électrique comprenant un appareil de protection électrique associé à au moins un conducteur électrique, l'appareil auxiliaire comportant un capteur de courant associé 15 au conducteur électrique, une unité électronique de traitement et au moins une mémoire, l'appareil électrique étant configuré pour mettre en oeuvre un procédé de diagnostic de la cause de déclenchement de l'appareil de protection électrique conforme à tel que décrit précédemment. Selon encore un autre aspect, l'invention concerne un système électrique 20 comportant un appareil de protection électrique et un appareil auxiliaire associés à au moins un conducteur électrique d'une installation électrique, l'appareil de protection électrique étant adapté pour interrompre la circulation d'un courant électrique dans le conducteur électrique en cas de détection d'un défaut électrique, l'appareil auxiliaire étant conforme à ce qui est décrit précédemment. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un procédé de diagnostic donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation électrique 30 comportant un système électrique selon des modes de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'une chaîne de mesure d'un module auxiliaire du système électrique de la figure 1 ; - la figure 3 est une représentation schématique d'une unité électronique de traitement utilisée dans la chaîne de mesure de la figure 2 ; 5 - la figure 4 est un ordinogramme d'un procédé de mesure d'un courant électrique par la chaîne de mesure de la figure 2 ; - la figure 5 est un graphique représentant la valeur d'intensité d'un courant électrique mesuré en fonction du temps par la chaîne de mesure de la figure 2 5 préalablement à une interruption du courant ; - la figure 6 est un ordinogramme d'un procédé de diagnostic pour détecter si une interruption du courant dans le système électrique de la figure 1 est due à un court-circuit ; - la figure 7 est un ordinogramme d'un procédé de diagnostic pour détecter si une 10 interruption du courant dans le système électrique de la figure 1 est due à une surcharge ; - la figure 8 est un ordinogramme illustrant une variante du procédé de diagnostic des figures 6 et 7. La figure 1 représente une installation électrique 2 comportant un appareil de protection électrique 4 et un appareil auxiliaire 6. Un ou plusieurs conducteurs électriques 15 8 raccordent électriquement une source électrique 10 à une charge électrique 12. L'appareil de protection 4 et l'appareil auxiliaire 6 sont associés aux conducteurs électriques 8 de l'installation 2. A titre d'exemple illustratif, la source 10 comporte un générateur ou un réseau de type secteur. 20 Par exemple, l'installation électrique 2 est une installation de distribution d'électricité. Le ou les conducteurs 8 permettent d'acheminer un courant électrique alternatif entre la source 10 et la charge 12. Selon des modes de réalisation, l'installation 2 peut être une installation monophasée ou polyphasée. 25 Dans l'exemple illustré, trois conducteurs 8 sont illustrés, par exemple pour former un réseau triphasé apte à acheminer un courant électrique triphasé. Toutefois, pour simplifier la description, les modes de réalisation ne sont décrits qu'en référence à un seul pôle ou phase de l'installation 2. On comprend néanmoins que ce qui sera décrit dans ce qui suit peut être transposé à chacun des autres pôles ou 30 phases de l'installation 2 et peut être généralisé à d'autres cas de figure non expressément décrits, tel qu'un réseau monophasé ou un réseau à quatre pôles (triphasé avec neutre). Selon des exemples, l'appareil de protection 4 est un disjoncteur ou tout appareil de protection électrique équivalent. 6 L'appareil 4 est connecté en série avec les conducteurs 8 et permet d'interrompre la circulation du courant électrique dans les conducteurs 8, notamment en cas de détection d'un défaut électrique dans l'installation 2, tel qu'un court-circuit ou une surcharge, survenant sur une ou plusieurs des phases de l'installation 2. 5 A cet effet, l'appareil 4 comporte un déclencheur, non illustré, pour détecter un tel défaut électrique et, en réponse, forcer la commutation de l'appareil 4 vers un état électriquement ouvert pour interrompre la circulation du courant. Selon différents modes de réalisation, le déclencheur est mis en oeuvre grâce à un dispositif électronique ou grâce à un dispositif thermomagnétique. 10 Selon des exemples, l'appareil 4 comporte également un organe de commande, tel qu'un levier, actionnable par un utilisateur de l'appareil 4, pour commuter manuellement l'appareil 4 entre ses états ouvert et fermé. L'appareil auxiliaire 6 est associé à l'appareil 4 pour mettre en oeuvre des fonctions de surveillance et de supervision de l'installation 2 et de l'appareil 4. 15 L'appareil 4 et l'appareil 6 forment ensemble un système électrique. L'appareil 6 est ici couplé aux conducteurs 8, par exemple en étant placé en aval de l'appareil 4. Selon des modes de réalisation, les constituants de l'appareil auxiliaire 6 sont logés dans un boîtier distinct de celui de l'appareil 4. Les appareils 4 et 6 sont par 20 exemple montés sur un tableau électrique ou dans une armoire électrique. Selon des modes de mise en oeuvre avantageux mais néanmoins optionnels, l'appareil auxiliaire 6 est également apte à communiquer par une liaison sans fil avec un concentrateur radio 14 placé à proximité de l'installation 2. L'appareil 6 est notamment adapté pour mesurer l'intensité du courant électrique 25 dans un ou plusieurs conducteurs 8 de l'installation 2 et comporte à cet effet un ou plusieurs capteurs de courant. De préférence, chaque capteur de courant est associé à une des phases de l'installation 2 et donc à un des conducteurs 8. La figure 2 représente un exemple de chaîne de mesure 16 implémentée par 30 l'appareil 6 pour mesurer le ou les courants électriques. L'appareil 6 comporte notamment un capteur de courant 20 associé à un conducteur 8. Selon des modes de réalisation, le capteur de courant 20 comporte un tore de Rogowski, ou un capteur à effet Hall, ou un shunt de mesure, ou tout autre capteur de 35 courant équivalent. 7 Dans l'exemple illustré, l'appareil 6 comporte en outre un circuit d'acquisition 22 du signal mesuré, qui comporte par exemple un circuit de conditionnement 24 et un convertisseur analogique-numérique 26. Le circuit de conditionnement 24 permet par exemple d'assurer des fonctions de 5 filtrage et/ou d'amplification et/ou d'isolement électrique du signal mesuré en amont du convertisseur 26. L'appareil 6 comporte également une unité électronique de traitement 28 embarquée configurée pour mettre en oeuvre un procédé de diagnostic de la cause de déclenchement de l'appareil 4 en fonction des mesures de courant réalisées par le ou les 10 capteurs 20. La chaîne de mesure 16 est ici décrite en référence à une seule phase de l'installation 2, mais on comprend que les mesures de courant peuvent être réalisées indépendamment pour chacune des phases. L'appareil 6 comporte autant de capteurs 20 que nécessaire, par exemple autant de capteurs 20 que de conducteurs 8 à surveiller. 15 Certains composants de l'appareil 6, notamment l'unité de traitement 28, sont de préférence communs à plusieurs chaînes de mesure 16. L'appareil 6 comporte ici une unité de traitement 28. La figure 3 représente un exemple de l'unité de traitement 28. L'unité 28 comporte une entrée 29 pour recevoir un signal de mesure délivré par 20 un capteur 20. Par exemple, l'entrée 29 est connectée à la sortie du convertisseur 26. L'unité 28 comporte également un processeur logique 30 (abrévié CPU, de l'anglais « Central Processing Unit ») et comporte aussi, raccordées au processeur 30 par un bus de données interne 32, une ou plusieurs mémoires informatiques 34, 36, 38, 40, une interface de commande utilisateur 42 et une interface de communication sans fil 44. 25 En variante, l'unité 28 peut être réalisée différemment, par exemples en omettant les interfaces 42 et/ou 44. Selon des exemples, le processeur 30 est un microcontrôleur programmable ou un microprocesseur ou un processeur dédié de traitement du signal (abrévié DSP, de l'anglais REVENDICATIONS1.- Procédé de diagnostic de la cause de déclenchement d'un appareil de protection électrique, caractérisé en ce que le procédé comporte : la mesure de l'intensité d'un courant électrique alternatif circulant dans au moins un conducteur électrique (8) d'une installation électrique (2) comportant un appareil de protection électrique (4), au moyen d'un capteur de courant (20) d'un appareil auxiliaire (6) associé au conducteur électrique ; le calcul, par une unité électronique de traitement de l'appareil auxiliaire (6), de valeurs représentatives du courant électrique mesuré, lesdites valeurs représentatives étant chacune calculées à partir des valeurs d'intensité mesurées pendant un intervalle de temps prédéfini, les valeurs représentatives du courant électrique incluant l'intensité maximale du , courant mesuré (IPEAK) et la valeur efficace du courant mesuré (IRms) ; l'enregistrement des valeurs calculées dans une mémoire (36, 38) de l'appareil auxiliaire ; la mesure, le calcul et l'enregistrement étant réalisés de façon répétée tant qu'un courant électrique circule dans ledit conducteur électrique ; et en ce que le procédé comporte, postérieurement à une détection (S100) par l'appareil auxiliaire (6) d'une perte d'alimentation électrique dans ledit conducteur électrique (8), la détermination (S112, S124) d'un type de défaut électrique à partir des valeurs enregistrées, la détermination comportant : la comparaison (S108), avec une première valeur de seuil, de la plus , grande valeur de l'intensité maximale du courant (IPEAK) parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de mesure précédant la perte de l'alimentation électrique, un court-circuit étant diagnostiqué (S112) si la plus grande valeur de l'intensité maximale est supérieure à la première valeur de seuil ; la comparaison (S122), avec une deuxième valeur de seuil, de la plus grande valeur de valeur efficace du courant (IRms) parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de mesure précédant la perte de l'alimentation électrique, une surcharge étant diagnostiquée (S124) si la plus grande valeur de valeur efficace est supérieure à la deuxième valeur de seuil. 19 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première valeur de seuil est calculée automatiquement, postérieurement à la détection de perte d'alimentation électrique, en fonction des valeurs d'intensité maximale (IPEAK) du courant 5 mesuré préalablement enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la détection de perte d'alimentation électrique. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calcul de la première valeur de seuil comporte : 10 la détermination de la plus grande valeur (IPEAK-MAX) de l'intensité maximale du courant (IPEAK) de l'intensité maximale du courant (IPEAK) parmi les PEAK, valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique ; la détermination de la plus petite valeur (IPEAK-MIN) de l'intensité maximale du 15PEAK, courant (IPEAK) parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique ; le calcul de la valeur moyenne entre la plus petite valeur (IPEAK-MIN) et la plus grande valeur (IPEAK-MAX) déterminées de l'intensité maximale du courant (IPEAK), la première valeur de seuil étant définie égale à la valeur moyenne 20 calculée. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lors du calcul de la première valeur de seuil, les valeurs enregistrées de l'intensité maximale du courant (IPEAK) qui sont associées à des intervalles de temps (74) postérieurs à l'intervalle de 25 temps (72) correspondant à la plus grande valeur (IPEAK-MAX) déterminée de l'intensité , maximale du courant (IPEAK) sont ignorées pour la détermination de la plus petite valeur (IPEAK-miN), la plus petite valeur (IPEAK-MIN) de l'intensité maximale du courant (IPEAK) pEAK) étant déterminée parmi les seules valeurs enregistrées correspondant aux intervalles de temps (76) antérieurs à l'intervalle de temps (72) correspondant à la plus grande valeur (IPEAK- 30 MAX) déterminée. 5.- Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que, lors de la détermination d'un type de défaut électrique, aucun court-circuit n'est diagnostiqué si la plus grande valeur (IPEAK-MAX) déterminée de l'intensité maximale du 20 courant (I est à deux fois la plus petite valeur ( (IPEAK) t inférieure i l l tit l I PEAK-MIN) déterminée de l'intensité maximale du courant (I 1 PEAK) - 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que, lors de la détermination d'un type de défaut électrique, un court-circuit n'est diagnostiqué que si, en plus, la plus grande valeur (I PEAK-MAX) de l'intensité maximale du , courant (IPEAK) parmi les valeurs enregistrées pour plusieurs intervalles de temps précédant la perte de l'alimentation électrique est supérieure ou égale à deux fois la valeur de courant de calibre (le) de l'appareil de protection (4). 10 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième valeur de seuil est supérieure à la valeur de courant de calibre (ln) et inférieure à deux fois ladite valeur de courant de calibre (le) de l'appareil de protection (4). 15 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque la détermination (S112, S124) d'un type de défaut électrique a conduit à la détection à la fois d'un court-circuit et d'une surcharge (S132), seule la détection du court-circuit est prise en compte, la détection de la surcharge étant alors dans ce cas 20 automatiquement ignorée (S136). 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, lors de la détection d'un défaut électrique de type courant de surcharge, l'enregistrement (S128), dans une mémoire (40) de l'appareil auxiliaire (6), de 25 la plus grande valeur de valeur efficace du courant (IRMS). 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, postérieurement à la détermination du type de défaut électrique, l'envoi (S134) d'un message de diagnostic représentatif du type de défaut électrique 30 déterminé, à destination d'un concentrateur (14), au moyen d'une interface de communication sans fil (44) de l'appareil auxiliaire (6) et/ou l'enregistrement (S134), dans une mémoire (40) de l'appareil auxiliaire (6), d'une information de diagnostic représentative du type de défaut électrique déterminé. 21 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la durée des intervalles de temps est proportionnelle à la période du courant électrique alternatif circulant dans ledit conducteur électrique (8). 5 12.- Appareil auxiliaire (6) pour une installation électrique (2) comprenant un appareil de protection électrique (4) associé à au moins un conducteur électrique (8), l'appareil auxiliaire (6) comportant un capteur de courant (20) associé au conducteur électrique (8), une unité électronique de traitement (28) et au moins une mémoire (36, 38, 40), caractérisé en ce que l'appareil électrique (6) est configuré pour mettre en couvre un 10 procédé de diagnostic de la cause de déclenchement de l'appareil de protection électrique (4) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 13.- Système électrique comportant un appareil de protection électrique (4) et un appareil auxiliaire (6) associés à au moins un conducteur électrique (8) d'une installation 15 électrique (2), l'appareil de protection électrique (4) étant adapté pour interrompre la circulation d'un courant électrique dans le conducteur électrique (8) en cas de détection d'un défaut électrique, caractérisé en ce que l'appareil auxiliaire (6) est selon la revendication 12.