Brevet FR3125655A1 — publié le 20230127

Il est proposé un procédé de détermination d’un état opérationnel d’un dispositif de coupure (50) d’un appareil électrique (40) comportant un premier circuit (1) et un deuxième circuit (2), chaque circuit (1,2) comportant respectivement: - une ampoule à vide (4,4’) comportant une électrode fixe (5,5’) et une électrode mobile (6,6’), - un organe de commande (7, 7’) lié à l’électrode mobile (6, 6’) par l’intermédiaire d’un organe élastique, le procédé comprenant les étapes : - pour chacun des premier (1) et deuxième (2) circuits, déterminer un instant de transition auquel l’électrode mobile (6, 6’) entre en contact avec l’électrode fixe (5,5’), - déterminer une différence entre l’instant de transition de la première ampoule à vide (4) et l’instant de transition de la deuxième ampoule à vide (4’), - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence est inférieure à un seuil, - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence est supérieure au seuil. Figure de l’abrégé : Figure 1 Dispositif de coupure d’un circuit électrique de moyenne tension La présente description se rapporte au domaine des dispositifs de coupure des circuits électriques moyenne tension. Dans le présent document, le terme « moyenne tension » est utilisé dans son acceptation habituelle, à savoir une tension qui est supérieure à 1 000 volts en courant alternatif et à 1 500 volts en courant continu mais qui ne dépasse pas 52 000 volts en courant alternatif et 75 000 volts en courant continu. L’appareil électrique comporte trois circuits, chacun connecté à une phase d’un réseau électrique d’alimentation. Le passage du courant peut être interrompu dans chacun des trois circuits par l’intermédiaire du dispositif de coupure. La divulgation concerne en particulier des dispositifs de coupure dans lesquels la coupure du courant est réalisée par l’ouverture d’une ampoule à vide disposée en série dans chaque circuit à interrompre. L’ampoule à vide comprend une électrode mobile liée à une bielle de commande. La bielle de commande est liée à un levier de commande. Le levier de commande est mobile entre deux positions extrêmes définissant une course d’actionnement constante. En actionnant le levier de commande, la bielle est déplacée et sépare l’électrode mobile de l’électrode fixe ; ce qui ouvre le circuit. Lorsque le circuit est fermé, une pression de contact suffisante doit être garantie entre les deux électrodes de l’ampoule à vide, afin de résister aux forces de répulsion existant entre elles en raison du passage du courant. Pour assurer cette pression de contact, un ressort est présent dans la liaison cinématique entre le levier de commande et la bielle, et la course du levier de commande est supérieure à la course minimale permettant d’assurer une mise en contact des électrodes de l’ampoule à vide. La surcourse permet donc de comprimer le ressort et ainsi d’appliquer une précharge assurant la pression de contact minimale souhaitée. Un capteur de position permet de déterminer la position relative de la bielle par rapport au levier de commande. L’amplitude de la surcourse permettant de comprimer le ressort peut ainsi être déterminée. Le capteur de position permet ainsi de vérifier que la surcourse reste suffisante au cours de l’utilisation du dispositif de coupure, malgré l’usure des contacts des électrodes de l’ampoule à vide. L’action des leviers de commande des différents circuits est synchronisée de façon à ce que la coupure du courant dans chaque phase du circuit soit la plus simultanée possible. Ainsi, le dispositif de coupure est réglé, lors de sa fabrication, pour que les instants d’ouverture des différents circuits, ainsi que les instants de fermeture des différents circuits soient synchrones. Cependant, la course nécessaire à obtenir la mise en contact des électrodes de l’ampoule à vide évolue au cours du temps, en raison de l’érosion des contacts au fur et à mesure de l’utilisation du dispositif de coupure. De plus, le jeu mécanique entre les différentes pièces mobiles peut évoluer de manière différente entre les différents circuits. Par conséquent, la coupure du courant dans le circuit d’une phase peut se produire avec un décalage temporel par rapport à la coupure du courant dans le circuit d’une autre phase. Un léger décalage ne pose pas de problème particulier, mais un décalage trop important est susceptible d’endommager les équipements reliés aux circuits. Il est connu de réaliser une vérification du synchronisme entre les différents circuits lors de phases de mise hors-service du dispositif de coupure, comme par exemple lors d’arrêts prévus pour maintenance. Ces arrêts permettent l’intervention temporaire d’instruments de mesures sophistiqués et ainsi de réaliser un diagnostic de l’équipement. Le but est de fournir une solution permettant de détecter lors de l’utilisation normale un défaut de synchronisme entre les fermetures, ainsi que les ouvertures, du circuit des différentes phases. On entend par utilisation normale qu’aucun arrêt particulier n’est nécessaire. De plus, l’ajout temporaire d’instruments de mesure spécifiques peut être évité, la solution proposée utilisant seulement des capteurs de mesure déjà présents pour assurer au moins une autre fonction. Résumé A cette fin, la présente description propose un procédé de détermination d’un état opérationnel d’un dispositif de coupure d’un appareil électrique comportant un premier circuit connecté à une première phase d’un réseau électrique et un deuxième circuit connecté à une deuxième phase du réseau électrique, chaque circuit comportant respectivement: - une ampoule à vide disposée en série dans le circuit, l’ampoule à vide comportant une électrode fixe et une électrode mobile entre une position d’ouverture maximale et une position de fermeture, - un organe de commande cinématiquement lié à l’électrode mobile par l’intermédiaire d’un organe de rappel élastique, dans lequel chaque circuit comporte un dispositif de mesure de position configuré pour mesurer une distance relative entre l’organe de commande et l’électrode mobile, le procédé comprenant les étapes : - pour chacun des premier et deuxième circuits, lorsque l’organe de commande fait passer l’électrode mobile de la position d’ouverture maximale à la position de fermeture, déterminer à partir de mesures de la distance relative entre l’organe de commande et l’électrode mobile un premier instant de transition auquel l’électrode mobile entre en contact avec l’électrode fixe, - déterminer une différence entre le premier instant de transition de la première ampoule à vide et le premier instant de transition de la deuxième ampoule à vide, - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé, - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence est supérieure au premier seuil prédéterminé. Tant que le décalage temporel entre le premier instant de transition de la première ampoule à vide et le premier instant de transition de la deuxième ampoule à vide est suffisamment faible, il est considéré que l’état opérationnel du dispositif de coupure est nominal, c’est-à-dire que le synchronisme du dispositif de coupure est nominal. Autrement dit, le dispositif de coupure ne présente pas de défaut. Lorsque le décalage temporel entre le premier instant de transition de la première ampoule à vide et le premier instant de transition de la deuxième ampoule à vide est supérieur à un seuil, c’est-à-dire trop élevé, il est considéré que le synchronisme du dispositif est anormal. Ainsi, le dispositif de coupure présente alors un fonctionnement dégradé. A partir de cette détermination de l’état opérationnel du dispositif de coupure, une action correctrice peut être réalisée afin de retrouver un fonctionnement nominal. Les caractéristiques listées dans les paragraphes suivant peuvent être mises en œuvre indépendamment les unes des autres ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : L’organe de rappel élastique est un ressort. L’organe de rappel élastique peut être un ressort hélicoïdal. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes : - pour chacun des premier et deuxième circuits, lorsque l’organe de commande fait passer l’électrode mobile de la position de fermeture à la position d’ouverture, déterminer un deuxième instant de transition auquel l’électrode mobile cesse d’être en contact avec l’électrode fixe, - déterminer une différence entre le deuxième instant de transition de la première ampoule à vide et le deuxième instant de transition de la deuxième ampoule à vide , - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence est inférieure ou égale à un deuxième seuil prédéterminé , - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence est supérieure au deuxième seuil prédéterminé . Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, le premier seuil prédéterminé est compris entre 22,5% et 25% d’une période de variation de la tension du réseau électrique. Le deuxième seuil prédéterminé est compris entre 15,0% et 16,5% d’une période de variation de la tension du réseau électrique. L’organe de commande est mobile entre : - une première position extrême dans laquelle l’électrode mobile est en position d’ouverture maximale, l’électrode mobile et l’électrode fixe étant alors distantes d’une distance d’ouverture, et - une deuxième position extrême dans laquelle l’électrode mobile et l’électrode fixe sont en contact, un déplacement de la première position extrême à la deuxième position extrême définissant une course de déplacement de l’organe de commande , et la course de déplacement de l’organe de commande est supérieure à la distance d’ouverture de telle sorte que l’organe de rappel élastique est comprimé lorsque l’organe de commande est dans la deuxième position extrême. L’organe de commande est lié à un levier d’actionnement mobile en rotation autour d’un axe. La direction de l’axe de rotation du levier d’actionnement est perpendiculaire à la direction de l’axe longitudinal de l’ampoule à vide. Le levier d’actionnement est lié à l’organe de commande par un pivot. Le pivot est solidaire de l’organe de commande. Le pivot s’étend selon un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal et perpendiculaire à la direction de l’axe de rotation du levier d’actionnement. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre les étapes : - pour chaque circuit, acquérir successivement un ensemble d’échantillons de la distance relative entre l’organe de commande et l’électrode mobile, - déterminer la moyenne et l’écart type de l’ensemble des échantillons acquis, - déterminer une valeur absolue de la différence entre le dernier échantillon acquis et la moyenne déterminée, - déterminer le quotient de la différence déterminée et de l’écart type déterminé, - déterminer un instant, dit instant seuil, où le quotient déterminé devient supérieur à un troisième seuil prédéterminé. Le troisième seuil prédéterminé est supérieur à 7. Le troisième seuil prédéterminé est par exemple égal à 8. Le procédé peut comporter l’étape : - attribuer la valeur de l’instant seuil au premier instant de transition. Le procédé peut comprendre en outre les étapes : - déterminer une équation d’une première courbe de régression dans l’ensemble des échantillons acquis entre un instant correspondant à l’instant seuil moins une première durée prédéterminée, et un instant correspondant à l’instant seuil. Par exemple, la première durée prédéterminée est comprise entre 8 ms et 12 ms, de préférence égale à 10 ms. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, la première courbe de régression est une première droite de régression. Le procédé peut comprendre en outre les étapes : - déterminer une équation d’une deuxième courbe de régression dans l’ensemble des échantillons acquis entre un instant correspondant à l’instant seuil et un instant correspondant à l’instant seuil plus une deuxième durée prédéterminée. Par exemple, la deuxième durée prédéterminée est comprise entre 0,8 ms et 1,2 ms, de préférence égale à 1 ms. La deuxième courbe de régression peut être une deuxième droite de régression. La divulgation concerne également un procédé de détermination d’un état opérationnel d’un dispositif de coupure d’un appareil électrique comportant un premier circuit connecté à une première phase d’un réseau électrique, un deuxième circuit connecté à une deuxième phase du réseau électrique, et un troisième circuit connecté à une troisième phase du réseau électrique, chaque circuit comportant : - une ampoule à vide disposée en série dans le circuit, l’ampoule à vide comportant une électrode fixe et une électrode mobile entre une position d’ouverture maximale et une position de fermeture, - un organe de commande cinématiquement lié à l’électrode mobile par l’intermédiaire d’un organe de rappel élastique, le procédé comprenant les étapes : - pour chacun des premier, deuxième et troisième circuits, lorsque l’organe de commande fait passer l’électrode mobile de la position d’ouverture maximale à la position de fermeture, déterminer un premier instant de transition auquel l’électrode mobile entre en contact avec l’électrode fixe, - déterminer une première différence entre le premier instant de transition de l’ampoule à vide du premier circuit et le premier instant de transition de l’ampoule à vide du deuxième circuit , - déterminer une deuxième différence entre le premier instant de transition de l’ ampoule à vide du deuxième circuit et le premier instant de transition de l’ampoule à vide du troisième circuit , - déterminer une troisième différence entre le premier instant de transition de l’ ampoule à vide du troisième circuit et le premier instant de transition de l’ampoule à vide du premier circuit , - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit synchronisme nominal » si la première différence, la deuxième différence et la troisième différence sont toutes inférieures ou égales à un premier seuil prédéterminé , - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si au moins l’une des première différence, deuxième différence et troisième différence est supérieure au premier seuil prédéterminé. La divulgation se rapporte aussi à un procédé comprenant en outre les étapes : - pour chacun des premier, deuxième et troisième circuits, lorsque l’organe de commande fait passer l’électrode mobile de la position de fermeture à la position d’ouverture, déterminer un deuxième instant de transition auquel l’électrode mobile cesse d’être en contact avec l’électrode fixe , - déterminer une quatrième différence entre le deuxième instant de transition de l’ampoule à vide du premier circuit et le deuxième instant de transition de l’ampoule à vide du deuxième circuit , - déterminer une cinquième différence entre le deuxième instant de transition de l’ ampoule à vide du deuxième circuit et le deuxième instant de transition de l’ampoule à vide du troisième circuit , - déterminer une sixième différence entre le deuxième instant de transition de l’ ampoule à vide du troisième circuit et le deuxième instant de transition de l’ampoule à vide du premier circuit , - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit synchronisme nominal » si la quatrième différence, la cinquième différence et la sixième différence sont toutes inférieures ou égales à un premier seuil prédéterminé , - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si au moins l’une des quatrième différence, cinquième différence et sixième différence est supérieure au premier seuil prédéterminé. Selon un mode de mise en œuvre, le procédé comprend en outre les étapes : - si l’état opérationnel déterminé est le deuxième état dit « synchronisme anormal», émettre un signal d’alerte. Le signal d’alerte émis peut être un affichage d’un message sur un écran de contrôle, ou un allumage d’un voyant lumineux, ou l’émission d’un signal sonore. La divulgation concerne également un ensemble comportant : - un dispositif de coupure d’un appareil électrique comportant un premier circuit connecté à une première phase d’un réseau électrique et un deuxième circuit connecté à une deuxième phase du réseau électrique, chaque circuit comportant respectivement: - une ampoule à vide disposée en série dans le circuit, l’ampoule à vide comportant une électrode fixe et une électrode mobile entre une position d’ouverture maximale et une position de fermeture , - un organe de commande cinématiquement lié à l’électrode mobile par l’intermédiaire d’un organe de rappel élastique , - une unité électronique de contrôle configurée pour mettre en œuvre un procédé comportant les étapes : - pour chacun des premier et deuxième circuits, lorsque l’organe de commande fait passer l’électrode mobile de la position d’ouverture maximale à la position de fermeture, déterminer un premier instant de transition auquel l’électrode mobile entre en contact avec l’électrode fixe, - déterminer une différence entre le premier instant de transition de la première ampoule à vide et le premier instant de transition de la deuxième ampoule à vide , - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé , - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence est supérieure au premier seuil prédéterminé. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : est une vue schématique d’un dispositif de coupure d’un appareil électrique tripolaire, est une vue détaillée d’un pôle d’un dispositif de coupure, en position d’ouverture ainsi qu’en position de fermeture, est une représentation de l’évolution temporelle de paramètres du procédé selon l’invention, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est une représentation de l’évolution temporelle de paramètres lors d’une phase d’ouverture du dispositif de coupure, est une représentation schématique de l’évolution temporelle de paramètres d’un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est une représentation schématique de l’évolution temporelle de paramètres d’un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est une représentation schématique comparant le premier et le deuxième mode de réalisation, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est une autre vue illustrant le deuxième mode de réalisation du procédé, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est encore une autre vue illustrant le deuxième mode de réalisation du procédé, lors d’une phase de fermeture du dispositif de coupure, est une autre vue illustrant le deuxième mode de réalisation du procédé, lors d’une phase d’ouverture du dispositif de coupure, est un schéma-bloc illustrant différentes étapes du procédé selon l’invention. Procédé de détermination d’un état opérationnel d’un dispositif de coupure (50) d’un appareil électrique (40) comportant un premier circuit (1) connecté à une première phase d’un réseau électrique et un deuxième circuit (2) connecté à une deuxième phase du réseau électrique, chaque circuit (1,2) comportant respectivement: - une ampoule à vide (4,4’) disposée en série dans le circuit, l’ampoule à vide (4,4’) comportant une électrode fixe (5,5’) et une électrode mobile (6,6’) entre une position d’ouverture maximale (P1, P1’) et une position de fermeture (P2, P2’), - un organe de commande (7, 7’) cinématiquement lié à l’électrode mobile (6, 6’) par l’intermédiaire d’un organe de rappel élastique (8, 8’), dans lequel chaque circuit (1,2) comporte un dispositif de mesure de position (11,11’) configuré pour mesurer une distance relative (D-r) entre l’organe de commande (7,7’) et l’électrode mobile (6,6’), le procédé comprenant les étapes : - pour chacun des premier (1) et deuxième (2) circuits, lorsque l’organe de commande (7,7’) fait passer l’électrode mobile (6,6’) de la position d’ouverture maximale (P1,P1’) à la position de fermeture (P2,P2’), déterminer à partir de mesures de la distance relative (D-r) entre l’organe de commande (7,7’) et l’électrode mobile (6,6’) un premier instant de transition (t1, t1’) auquel l’électrode mobile (6, 6’) entre en contact avec l’électrode fixe (5,5’), - déterminer une différence (Delta1) entre le premier instant de transition (t1) de la première ampoule à vide (4) et le premier instant de transition (t1’) de la deuxième ampoule à vide (4’), - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence (Delta1) est inférieure ou égale à un premier seuil prédéterminé (s1), - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence est supérieure au premier seuil prédéterminé (s1). (étape 50) Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes : - pour chacun des premier (1) et deuxième (2) circuits, lorsque l’organe de commande (7,7’) fait passer l’électrode mobile (6,6’) de la position de fermeture (P2, P2’) à la position d’ouverture (P1, P1’), déterminer un deuxième instant de transition (t2, t2’) auquel l’électrode mobile (6,6’) cesse d’être en contact avec l’électrode fixe (5,5’), - déterminer une différence (Delta2) entre le deuxième instant de transition (t2) de la première ampoule à vide (4) et le deuxième instant de transition (t2’) de la deuxième ampoule à vide (4’), - déterminer que l’état opérationnel est un premier état dit « synchronisme nominal » si la différence (Delta2) est inférieure ou égale à un deuxième seuil prédéterminé (s2), - déterminer que l’état opérationnel est un deuxième état dit « synchronisme anormal» si la différence (delta2) est supérieure au deuxième seuil prédéterminé (s2). (étape 51) Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier seuil prédéterminé (s1) est compris entre 22,5% et 25% d’une période de variation de la tension du réseau électrique. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes : - pour chaque circuit (1,2), acquérir successivement un ensemble d’échantillons (x1, …, xn) de la distance relative (Dr) entre l’organe de commande (7) et l’électrode mobile (6) , - déterminer la moyenne (M) et l’écart type (Ect) de l’ensemble des échantillons (x1, …, xn) acquis, - déterminer une valeur absolue (Dev) de la différence entre le dernier échantillon acquis (xn) et la moyenne déterminée (M), - déterminer le quotient (Q) de la différence déterminée (Dev) et de l’écart type (Ect) déterminé, - déterminer un instant, dit instant seuil (ts, ts’), où le quotient déterminé (Q) devient supérieur à un troisième seuil prédéterminé (s3). (étape 52) Procédé selon la revendication 4, comportant l’étape : - attribuer la valeur de l’instant seuil (ts, ts’) au premier instant de transition (t1, t1’). (étape 53) Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre les étapes : - déterminer une équation d’une première courbe de régression (R1) dans l’ensemble des échantillons acquis entre un instant correspondant à l’instant seuil (ts) moins une première durée prédéterminée (dp1), et un instant correspondant à l’instant seuil (ts). (étape 54) Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la première durée prédéterminée (dp1) est comprise entre 8 ms et 12 ms, de préférence égale à 10 ms, et dans lequel la première courbe de régression (R1) est une première droite de régression (D1). Procédé selon l’une des revendications 6 ou 7, comprenant en outre les étapes : - déterminer une équation d’une deuxième courbe de régression (R2) dans l’ensemble des échantillons acquis entre un instant correspondant à l’instant seuil (ts) et un instant correspondant à l’instant seuil (ts) plus une deuxième durée prédéterminée (dp2). (étape 55) Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième durée prédéterminée (dp2) est comprise entre 0,8 ms et 1,2 ms, de préférence égale à 1 ms et dans lequel la deuxième courbe de régression (R2) est une deuxième droite de régression (D2). Procédé selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre les étapes : - Déterminer un instant (tc) dit instant de croisement, correspondant à l’instant auquel la première courbe de régression (C1) coupe la deuxième courbe de régression (C2), - attribuer la valeur de l’instant de croisement (tc) au premier instant de transition (t1). (étape 56) Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes : - si l’état opérationnel déterminé est le deuxième état dit « synchronisme anormal», émettre un signal d’alerte. (étape 57) Ensemble comportant : - un dispositif de coupure (50) d’un appareil électrique (40) comportant un premier circuit (1) connecté à une première phase d’un réseau électrique et un deuxième circuit (2) connecté à une deuxième phase du réseau électrique, chaque circuit (1,2) comportant respectivement: - une ampoule à vide (4,4’) disposée en série dans le circuit, l’ampoule à vide (4,4’) comportant une électrode fixe (5,5’) et une électrode mobile (6,6’) entre une position d’ouverture maximale (P1, P1’) et une position de fermeture (P2, P2’), - un organe de commande (7, 7’) cinématiquement lié à l’électrode mobile (6, 6’) par l’intermédiaire d’un organe de rappel élastique (8, 8’), - une unité électronique de contrôle (15) configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes.