Brevet FR3145656A1 — publié le 20240809

Procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique contre le risque de feu Procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique contre le risque de feu, le système d’hybridation électrique comprenant deux machines tournantes ayant chacune au moins un bobinage statorique, chaque bobinage statorique étant associé à un convertisseur AC/DC, et un boitier de distribution pour délivrer, à partir des tensions continues délivrées par les convertisseurs AC/DC, une haute tension continue d’une part pour des charges locales et d’autre part pour le réseau électrique d’un aéronef, procédé dans lequel il est procédé à des mesures de courant et de tension dans le boitier de distribution, les convertisseurs et les bobinages statoriques des machines tournantes et si, une fois ces mesures consolidées ensemble dans une carte de contrôle, le risque de feu est avéré, il est procédé sélectivement à une ouverture de contacteurs du boitier de distribution et/ou des convertisseurs et une déconnexion mécanique des machines tournantes. Figure pour l’abrégé : Fig. 5. Procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique contre le risque de feu La présente invention se rapporte au domaine des systèmes de protection des réseaux électriques de distribution dans les aéronefs à propulsion électrique ou hybride et elle concerne plus particulièrement un procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique assurant une pleine couverture des défauts de nature à présenter un risque de feu. Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers Etats. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’aéronefs mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique. Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des aéronefs. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des aéronefs. Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité. Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques. Ainsi, les principes de protection traditionnels des réseaux et systèmes électriques reposent sur des dispositifs simples et majoritairement passifs. Les protections assurent principalement une protection de l’installation électrique (pas des équipements) selon le comportement thermique des câbles et très localement selon un mode différentiel pour détecter des déconnexions de câbles. En complément de la distribution, il existe également des protections de générateur selon le comportement thermique des bobinages du générateur et le comportement dynamique de la tension pour rester dans l’enveloppe acceptable pour les consommateurs (mode commun de panne pouvant aboutir à des événements catastrophiques). Toutefois, dans les systèmes de distribution existants, chaque ligne est connectée par un élément de coupure, contacteur ou commutateur statique (SSPC), à la barre de distribution de la haute tension continue (HVDC), et les défauts seront détectés par un ensemble de capteurs de courant, la protection se faisant par l’ouverture de la ligne. La surveillance et la protection d’un système électrique sont donc bien connues et répandues dans les systèmes électriques de distribution des aéronefs mais ceux-ci jusqu’à présent le sont avec des tensions modérées ( Or, dans les systèmes d’hybridation électrique pour turbomachine d’aéronef, la tension du réseau électrique est continue et de l’ordre de 800 VDC, typiquement entre 540 et 1000 VDC, et le système est soumis aux conséquences de l’altitude. En effet, avec une haute tension continue, les défauts électriques peuvent conduire à des arcs beaucoup plus énergétiques qu’en basse tension ou en tension alternative, provoquant très rapidement des dommages graves qui peuvent aller jusqu’à un déclenchement de feu, ou un feu non contrôlé, lesquels ne peuvent être acceptés pour répondre aux exigences de certification des turbomachines d’aéronef auxquelles est soumis un tel système d’hybridation électrique. Un système de surveillance et de protection électrique ne doit donc laisser aucun défaut non couvert et doit agir vite pour éviter des dégradations dangereuses, mais en même temps, il ne doit pas provoquer d’arrêts intempestifs trop fréquents. En cas de défaut, il faut ainsi garder disponible, donc connecté, le maximum d’équipements, afin de ne pas trop dégrader la disponibilité de la turbomachine (moteur) de l’aéronef. Pour des applications haute tension, les énergies en jeu, les dégâts potentiels et l’effet négatif de l’altitude sur la caractéristique diélectrique de l’air, font que les protections traditionnelles adaptées à la thermique des câbles ne sont plus acceptables car elles sont trop lentes. Par ailleurs, de nouveaux besoins de protection sont nécessaires pour couvrir des phénomènes (par exemple les arcs électriques) qui étaient sans effet sous faible tension mais qui deviennent critique en haute tension. La présente invention est donc le résultat des recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des aéronefs et, en ce sens, contribue à la réduction de leur impact environnemental. Elle a pour but principal d’assurer une couverture de l’ensemble des défauts possibles et une vérification de leur cohérence pour apporter de la robustesse à la détection de ces défauts. Un autre but est de garantir une action rapide en cas de défauts pour éviter une dégradation majeure ou dangereuse et une propagation aux autres parties de la turbomachine ou à sa liaison avec l’aéronef. Ces buts sont atteints par un procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique contre le risque de feu, le système d’hybridation électrique comprenant deux machines tournantes ayant chacune au moins un bobinage statorique, chaque bobinage statorique étant associé à un convertisseur AC/DC, et un boitier de distribution pour délivrer, à partir des tensions continues délivrées par les convertisseurs AC/DC, une haute tension continue d’une part pour des charges locales et d’autre part pour le réseau électrique d’un aéronef, procédé caractérisé en ce qu’il est procédé à des mesures de courant et de tension dans le boitier de distribution, les convertisseurs et les bobinages statoriques des machines tournantes et si, une fois ces mesures consolidées ensemble dans une carte de contrôle, le risque de feu est avéré, il est procédé sélectivement à une ouverture de contacteurs du boitier de distribution et/ou des convertisseurs et une déconnexion mécanique des machines tournantes. Grâce à ce principe de consolidation des mesures disponibles issues des capteurs existant dans les différents équipements du système, la totalité des zones sont couvertes sans ajout de capteurs supplémentaires. L’installation électrique haute tension continue est ainsi protégée avec un bon niveau de performances attendu, notamment quant à son temps de réaction et sa robustesse, le tout étant réalisé de façon cohérente. De préférence, la mesure d’un sur-courant ou d’une surtension dans le boitier de distribution et/ou les convertisseurs ou encore la détection d’une température excessive ou d’une pression d’huile basse dans les machines tournantes entraine l’ouverture des commutateurs des convertisseurs, l’ouverture du contacteur du boitier de distribution puis la déconnexion mécanique de la machine tournante. Avantageusement, la mesure d’un sur-courant en sortie du boitier de distribution entraine l’ouverture du contacteur ou du commutateur statique associé à la charge locale défectueuse et en cas de défaut d’ouverture, l’ouverture de tous les contacteurs ou commutateurs statiques associés aux autres charges locales. De préférence, la mesure d’un sur-courant à une entrée côté convertisseur du boitier de distribution, entraine l’ouverture des commutateurs de ce convertisseur, suivi de l’ouverture du contacteur du boitier de distribution, puis si nécessaire la déconnexion mécanique de la machine tournante. Avantageusement, la détection d’un arc électrique dans une des machines tournantes entraine la mise en court-circuit des commutateurs du convertisseur associé puis la déconnexion mécanique de la machine tournante. De préférence, la détection d’un arc électrique sur le réseau électrique de l’aéronef entraine l’ouverture du contacteur du boitier de distribution. Avantageusement, les commutateurs des convertisseurs et du boitier de distribution sont ouverts à chaque arrêt d’une machine tournante, à sa mise en route ou lors de sa maintenance. De préférence, l’ouverture des contacteurs et commutateurs est définie par des paramètres de seuil et de durée de déclenchement déterminés pour chacun en fonction de la configuration du réseau électrique et de caractéristiques d’équipements du système d’hybridation électrique. Avantageusement, il est effectué un test de déconnexion des machines tournantes périodiquement ou à chacun de leur arrêt. De préférence, les mesures de courant et de tension, de pression d’huile et de température sont consolidées ensemble dans un module de gestion et de traitement disposé de préférence dans le boitier de distribution. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur les lesquels : la illustre un premier exemple d’un système d’hybridation électrique conforme à l’invention, la illustre un second exemple d’un système d’hybridation électrique conforme à l’invention, la montre un schéma d’intégration des mesures dans le système d’hybridation électrique de la , la montre un schéma d’intégration des protections dans le système d’hybridation électrique de la , et la illustre les différentes zones de protection surveillées avec l’invention. Le principe de l’invention repose sur une connaissance et une surveillance approfondie des différents équipements du système d’hybridation électrique pour améliorer la protection du système. Si les organes restent classiques par rapport à ce qui se fait en protection électrique, contacteurs et commutateurs statiques, ou encore système de déconnexion mécanique pour les machines tournantes, leurs déclenchements sont déterminés d’une part avec plus de précision et de sélectivité et d’autre part avec des algorithmes transverses de consolidation et/ou recoupement plus globaux. Les mesures faites dans les différents équipements sont consolidées entre elles et le recoupement de mesures de courants et tensions permet d’affiner la détection de défauts. La connaissance des mesures et de l’état du système, état ouvert ou fermé des commutateurs notamment, permet d’ajouter des validations globales, comme des sommations de courants. La illustre un premier exemple d’un système d’hybridation électrique conforme à l’invention composé de deux machines tournantes 10, 12, éventuellement de type PMG (Permanent Magnet Generator - PMG), de deux convertisseurs électroniques AC/DC (Power Electronics -PE) 14, 16 respectivement associés à ces machines tournantes, d’un boîtier de distribution 18 de type PDMU (Power Distribution Management Unit) dont la barre bipolaire de distribution de haute tension continue (HVDC) est reliée d’une part aux convertisseurs et d’autre part au réseau électrique de l’aéronef 20 et à des charges locales 22, 24, 26 par exemple. Le système d’hybridation électrique est équipé de capteurs, certains nécessaires pour le fonctionnement du système (régulation de la tension et le contrôle de la puissance dans les convertisseurs), d’autres ajoutés spécifiquement pour assurer la détection des défauts dans le système. Les capteurs installés à différents endroits du système assurent des mesures de courant, des mesures de tensions, des mesures d’isolement, des détections d’arc, des mesures de températures, des mesures de pression d’huile, et des mesures de position et de vitesse des rotors des machines tournantes. Ils seront détaillés plus avant en regard de la . Le système d’hybridation électrique est aussi équipé de protections électriques qui ouvrent la ou les lignes en défaut, afin par exemple d’arrêter la circulation d’un courant défectueux et/ou d’isoler une tension dangereuse. Une protection additionnelle peut consister en la déconnexion mécanique du rotor de la machine tournante de son entraînement (par décrabotage ou embrayage) afin d’arrêter sa rotation. Les protections sont intégrées soit dans le boitier de distribution, soit dans les convertisseurs, soit dans les machines tournantes et seront détaillées plus avant en regard de la . La définition des protections électriques, par des paramètres de seuil et de durée, permet d’assurer la sélectivité des protections entre elles, et est déterminée en fonction de la configuration du réseau électrique et des caractéristiques des équipements du système d’hybridation électrique. Le contrôle de ces protections électriques peut être réparti dans l’ensemble du système, voire externe à la turbomachine, mais il est de préférence disposé dans le boitier de distribution 18 qui comprend une carte de contrôle 28 pour la surveillance et la protection du système selon l’invention. La montre un autre exemple de réalisation d’un système d’hybridation électrique également composé de deux machines tournantes 30, 32 de type PMG (Permanent Magnet Generator) avec chacune deux canaux de bobinage statoriques 300, 302, 320, 322 , quatre convertisseurs électroniques AC/DC (Power Electronics) 34, 36, 38, 40 respectivement associés à quatre bobinages statoriques des deux machines tournantes, deux boîtiers de distribution 42, 44 PDMU (Power Distribution Management Unit), des charges locales 46, 48, 50 et de deux liaisons de sortie 52, 54 vers le réseau électrique de l’aéronef. Une carte de contrôle 56 pour la surveillance et la protection du système peut être disposé dans l’un des deux boitiers de distribution, ou dans les deux, ou, comme illustré, à l’extérieur de ceux-ci. La illustre l’ensemble des capteurs de mesure disposé dans les différents équipements du système d’hybridation électrique de la . Les références 100, 102 correspondent à un premier capteur assurant une mesure de position ou de vitesse du rotor dans chacune des deux machines tournantes 10, 12. Les références 104, 106 correspondent à un deuxième capteur assurant soit une mesure du courant dans la connexion du neutre à la masse au travers d’une impédance dans chacune des deux machines tournantes 10, 12, soit une mesure de tension aux bornes de cette impédance de connexion du neutre à la masse. Les références 108, 110 correspondent à un troisième capteur assurant, si besoin, une mesure du courant de déséquilibre entre les deux étoiles en parallèle dans chacune des deux machines tournantes 10, 12. Les références 112, 114 correspondent à un quatrième capteur assurant une mesure de la température des bobinages statoriques de chacune des deux machines tournantes 10, 12. Les références 116, 118 correspondent à un cinquième capteur assurant une mesure des courants dans les phases des bobinages statoriques dans chacune des deux machines tournantes 10, 12. Les références 120, 122 correspondant à un sixième capteur assurant une mesure des courants de phases et des tensions entre les phases côté AC, en entrée des convertisseurs électroniques 14, 16. Les références 124, 126 correspondent à un septième capteur assurant une mesure des courants et de la tension côté DC, en sortie des convertisseurs électroniques 14, 16. Les références 128, 130 correspondent à un huitième capteur assurant une mesure des courants et tension à l’entrée du boitier de distribution 18. Les références 132, 134, 136 correspondent à un neuvième capteur assurant une mesure des courants au niveau de chacune des entrées des charges locales 22, 24, 26. La référence 138 correspond à un dixième capteur assurant une mesure de tension sur la barre de distribution de la haute tension continue (HVDC) du boitier de distribution 18. La référence 140 correspond à un onzième capteur assurant une mesure de l’isolement (noté « IMD »), connectée sur la barre de distribution de la haute tension continue. Cette mesure peut éventuellement aussi n’être faite qu’en maintenance par un organe externe. La référence 142 correspond à un douzième capteur assurant une mesure de température sur la barre de distribution de la haute tension continue et la référence 144 correspond à un treizième capteur assurant une mesure des courants et tension, et une détection d’arc à la sortie du boitier de distribution 18 vers le réseau électrique de l’aéronef 20. La illustre l’ensemble des protections disposé dans les différents équipements du système d’hybridation électrique de la . Les références 200, 202 correspondent à un dispositif de déconnexion mécanique dans chacune des deux machines tournantes 10, 12. Les références 204, 206 correspondent à une ouverture des lignes de phases AC dans chacune des deux machines tournantes (en variante cette ouverture pourrait être pratiquée en entrée des deux convertisseurs électroniques 14, 16). Les références 208, 210 correspondent aux commutateurs électroniques, utilisés en protection, des convertisseurs électroniques 14, 16. Les références 212, 214 correspondent à un contacteur pour chacune des entrées du boitier de distribution 18. La référence 216 correspond à un contacteur pour la charge locale 22. Les références 218, 220 correspondant à des commutateurs électroniques, de type SSPC, pour chacune des charges locales 24, 26 et la référence 222 correspond à un contacteur sur la liaison avec le réseau électrique de l’aéronef 20. Pour définir une stratégie de protection sans avoir à ajouter de capteurs ou de protections dans le système d’hybridation électrique, on se propose de combiner les informations disponibles par un organe d’exploitation de mesures et de traitement afin de réaliser les fonctions de surveillance et de protection nécessaires pour correctement protéger le système avec des bons niveaux de détection, de localisation et d’isolation du défaut, rapidement et de façon robuste, avant qu’il n’ait le temps de créer des dégâts importants. Pour cela, et comme le montre la , le système d’hybridation électrique est séparé en quatre zones de protection distinctes correspondant à quatre types différents de consolidation. La première est faite sur le périmètre du contacteur 212, 214, formant le composant de protection du boitier de distribution 18 et correspond à une consolidation dite de type A. La deuxième est faite sur le périmètre formé par le boitier de distribution 18 en son entier et correspond à une consolidation dite de type B. La troisième est faite sur le périmètre du convertisseur électronique 14, 16 et du composant de protection associé (contacteur 212, 214) dans le boitier de distribution 18 et correspond à une consolidation dite de type C. La quatrième est faite sur un périmètre large regroupant la machine tournante 10, 12 et son convertisseur électronique associé 14, 16, ainsi que le composant de protection associé 212, 214 dans le boitier de distribution 18 et correspond à une consolidation dite de type D. Type A : Caractéristiques de signaux électriques : Les équipements du système d’hybridation électrique dans la turbomachine sont tous connus, le seul manque de visibilité est donc sur la liaison vers le réseau électrique de l’aéronef. Les caractéristiques électriques des courants et tensions associées aux équipements sont utilisées pour ajuster les seuils et les délais de déclenchement des protections, et pour ajouter des analyses fréquentielles ou harmoniques quand elles sont pertinentes. Les courbes courant-temps des protections sur les lignes d’entrée dans le boitier de distribution sont ajustées par rapport aux caractéristiques de sorties des convertisseurs quand ils sont en mode générateur ou en mode moteur, suivant la configuration du réseau, et à leurs limitations de puissance, et non pas seulement sur les caractéristiques d’échauffement des câbles. Type B : Consolidation en interne du boitier de distribution : Le boîtier de distribution est un nœud dans le réseau, avec peu de pertes internes (pertes Joule et puissance prise par l’alimentation interne), et sans gros condensateur sur la barre de distribution de la haute tension continue. Aussi la somme algébrique des courants entrant et sortant du boitier de distribution doit être quasi-nulle à tout instant. Un écart important sur cette somme de courants signifierait un défaut interne grave ou un défaut de capteur de courant. Un exemple de condition de protection peut être donné par la formule suivante : Si ABS (Courant_convertisseurA + Courant_convertisseurB + Courant_AC + Courant_chargeA + Courant_chargeB …) > seuil Alors Défaut Type C : Consolidation par cohérence entre le convertisseur et le boitier de distribution et entre le convertisseur et la machine tournante : Les mesures dans le boitier de distribution et celles en sortie des convertisseurs sont comparées. Les courants des pôles positif et négatif et la tension différentielle doivent être respectivement identiques (pour la tension à la chute des câbles près mais celle-ci est très faible). Si un écart apparaît, cela signifie un problème sur la ligne entre les deux équipements ou un défaut de capteur. Dans les deux cas, il est prévu d’ouvrir la ligne. Un exemple de condition de protection peut être donné par la formule : Si ABS (I_pôle+_boitier de distribution – I_pôle+_convertisseur) > seuil Ou ABS (I_pôle-_boitier de distribution – I_pôle-_convertisseur) > seuil Ou ABS (V_boitier de distribution – V_convertisseur) > seuil Alors Défaut Type D : Consolidation avec les mesures mises en place dans la machine tournante : Le bobinage de la machine tournante intègre des transformateurs de courant dont les mesures sont faites dans le convertisseur associé, avec l’avantage que ces transformateurs fournissent une mesure isolée du circuit de puissance. Les transformateurs de courant sont placés sur chaque phase et sur les connexions des neutres reliés par une résistance à la masse. La mesure du courant dans le neutre permet une mesure quasi directe du courant circulant dans un défaut d’isolement, et comme le transformateur de courant est dédié, ses caractéristiques sont définies pour qu’il fasse une mesure avec une bonne précision. La détection des défauts par le courant circulant dans la liaison du neutre prend aussi en compte la fréquence des ondulations de celui-ci pour reconnaître à quel endroit se trouve le défaut, dans la première machine tournante et le câblage AC qui lui est relié, ou dans la seconde machine tournante et son câblage AC, ou dans une liaison DC. Les tableaux suivant sont donnés pour illustrer l’application détaillée du système de protection à un système d’hybridation électrique. Chaque tableau liste pour chaque organe de protection, les défauts qu’il protège, à partir de quelles mesures il les détecte, et par quel mode d’action, il agit. En complément, est donnée la consolidation possible pour confirmer ou infirmer une mesure, et le test possible de l’organe de protection, selon les quatre types de consolidation définis précédemment. Composant Protections Vérification de la disponibilité de la protection Défaut Détection – mesure Action de protection Consolidation des mesures Type de consolidation Test du dispositif de protection Contacteur K_LP Surcharge Delta de courant Positif (Pos)-Négatif (Neg) Courant Pos à l’entrée LP_PE Courant Neg à l’entrée LP_PE Ouverture du LP_PE puis ouverture de K_LP Avec le courant Pos à la sortie côté DC du LP_PE Avec les autres mesures de courants dans la PDMU A, B, C Ouvertures de K_LP et de LP_PE à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Sous-tension Surtension Tension Pos-Neg à l’entrée LP_PE Avec la tension Pos-Neg à la sortie côté DC du LP_PE C Panne interne d’indication Retour d’état du contacteur Corrélation entre commande et mesure courant B Contacteur K_HP Surcharge Delta de courant Pos-Neg Courant Pos à l’entrée HP_PE Courant Neg à l’entrée HP_PE Ouverture du HP_PE puis ouverture de K_HP Avec le courant Pos à la sortie côté DC du HP_PE Avec les autres mesures de courants dans le PDMU A, B, C Ouvertures de K_HP et de HP_PE à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Sous-tension Surtension Tension Pos-Neg à l’entrée HP_PE Avec la tension Pos-Neg à la sortie côté DC du HP_PE C Panne interne d’indication Retour d’état du contacteur Corrélation entre commande et mesure de courant B Contacteur K_AC Surcharge Delta de courant Pos-Neg Courant Pos à la sortie Aéronef Courant Neg à la sortie Aéronef Ouverture de K_AC Avec les courants dans K_LP et K_HP A, B Ouverture de K_AC à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Sous-tension /Surtension Tension Pos-Neg à la sortie Aéronef Avec les autres mesures de tensions dans le PDMU B Arc Courant et tension pour détection d’arc (AFD) A Panne interne d’indication Retour d’état du contacteur Corrélation entre commande et mesure de courant B Contacteur K_L Surcharge Delta Pos-Neg Courants Pos ou Neg à la sortie L Ouverture de K_L Avec les courants dans K_LP et K_HP B Ouverture de K_L à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Sous-tension /Surtension Tension Pos-Neg à Icing1 sortie Avec les autres mesures de tension du PDMU B Interne panne indication Retour d’état du contacteur Corrélation entre commande et mesure de courant B Barre HVDC Sous-tension /Surtension Tension Pos-Neg sur la barre HVDC interne Ouverture des LP_PE et HP_PE puis ouverture de tous les contacteurs de la PDMU Avec les autres mesures de tensions du PDMU B Ouvertures des contacteurs et SSPC du PDMU et de LP_PE et HP_PE à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Température élevée de la barre HVDC interne Température sur la barre HVDC interne Corrélation entre commande et mesure de courant, et avec les autres températures B Défaut d’isolant Pos Isolation Pos-Masse mesurée par dispositif IMD Tension Pos-Masse sur la barre HVDC interne Alerte pour la maintenance Avec les courants dans les liaisons Neutre-Masse des bobinages de LPMG et HPMG B, D Défaut d’isolant Neg Isolation Neg-Masse mesurée par dispositif IMD Tension Neg-Masse sur la barre HVDC interne Avec les courants dans les liaisons Neutre-Masse des bobinages de LPMG et HPMG B, D Commutateur SSPC charges Surcharge Delta de courant Pos-Neg Courants Pos ou Neg à la sortie L Ouverture de K_L Avec K_LP et K_HP courants B Ouverture de K_L à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Fusibles pour la surcharge Fusion du fusible Avec le courant Pos ou Neg dans le SSPC B L’analyse est similaire sur les deux systèmes LP et HP, chacun constitué de la machine PMG et du convertisseur PE associé. Les tableaux suivants indiquent de façon générique « PMG » et « PE ». Composant Protections Vérification de la disponibilité de la protection Défaut Détection - mesure Action de protection Consolidation des mesures Type de consolidation Test dispositif de protection PMG et PE Surcharge Courants déséquilibrés Courants des Phases à la sortie du PMG Contrôle ou ouverture des commutateurs MOS du PE puis ouverture du contacteur PDMU puis déconnexion mécanique du PMG Avec les courants de Phases à l’entrée de l’onduleur de PE D, C Test du système de déconnexion du PMG à l’arrêt du moteur ou en maintenance Courants déséquilibrés entre étoiles 1/2 Courant entre Neutre1-Neutre2 Avec le courant dans la liaison Neutre-Masse D Surcharge Delta de courant Pos-Neg Courant Pos à la sortie DC du PE Avec les courants Pos ou Neg à l’entrée PE du PDMU C Ouverture du PE à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Sous-tension / Surtension Tension Pos-Neg à la sortie DC du PE Avec la tension Pos-Neg à l’entrée PE du PDMU C Surcharge Courants déséquilibrés Courants de Phase à l’entrée de l’onduleur PE Avec les courants des Phases à la sortie du PMG D Ouverture du PE à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance Test du système de déconnexion du PMG à l’arrêt du moteur Sous-tension / Surtension Tensions déséquilibrées Tensions entre phases à l’onduleur du PE B Température élevée Températures du bobinage Corrélation avec les courants de phases D Température élevée Température de l’huile Corrélation avec les températures de bobinage D Pression d’huile basse Contact de sous-pression d’huile Corrélation avec la température d’huile D Défaut d’isolant Courant dans la liaison Neutre-Masse du bobinage Alerte de maintenance Corrélation avec le dispositif d’IMD dans le PDMU D, C N/A Le contrôle du système de protection est mieux perçu avec le tableau suivant qui liste les défauts susceptibles d’entrainer un risque de feu, les mesures et consolidations effectuées pour vérifier la disponibilité de la protection qui sera alors activée pour éviter ce risque. Mode de panne Pannes principales couvertes Conséquence si panne sans protection Détection Action de protection Vérification de la disponibilité de la protection Allocation de la protection Sur circuit en AC: Surcharge et déséquilibre de courants Court-circuit entre phases dans le PMG, le PE, ou les harnais Feu suite à surchauffe Sur-courant (mesures dans le PMG et/ou le PE) Ou Désaturation des commutateurs électroniques - Contrôle ou ouverture des commutateurs du PE - puis ouverture du contacteur dans le PDMU - puis déconnexion mécanique du PMG - Les mesures de courant PMG et PE sont consolidées ensemble - Ouvertures du PE et des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance - Test du système de déconnexion du PMG à l’arrêt du moteur PDMU PE PMG DC: Surcharge en sortie PDMU (charges) Court-circuit en sortie PDMU (sortie PDMU, harnais, charge) Feu Sur-courant (mesure par le PDMU après le commutateur associé) - Ouverture du commutateur associé du PDMU - En cas de panne du commutateur, tous les autres sont commandés ouverts - Les lignes SSPC ont un fusible en protection en cas de panne - Mesure de courant en sortie consolidée avec les autres mesures de courant et détection de sous-tension - Ouvertures des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance PDMU DC: Surcharge en entrée PDMU (sources) Court-circuit en entrée PDMU (entrée PDMU, harnais, PE) Feu Sur-courant (mesure par le PDMU avant le commutateur associé) - Contrôle ou ouverture des commutateurs électroniques du PE - puis ouverture du contacteur correspondant dans le PDMU - puis déconnexion mécanique du PMG si besoin - En cas de panne du contacteur, tous les autres sont commandés ouverts - Mesure de courant PE consolidée avec les autres mesures de courant et détection de sous-tension - Ouvertures du PE et des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance - Test de déconnexion du PMG PDMU PE PMG Surtension Panne PE + autres pannes suivant l’architecture de contrôle Surtension ou Feu suite à un défaut d’isolant Surtension (mesures PDMU ou PE) - Contrôle ou ouverture des commutateurs électroniques du PE - puis ouverture du contacteur dans le PDMU - puis déconnexion mécanique du PMG si besoin - Mesure de tensions PE et PDMU consolidées ensemble - Ouvertures du PE et des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance - Test de déconnexion du PMG PDMU PE PMG Fuite d’huile externe du PMG Fêlure de la carcasse du PMG, détérioration du joint Feu suite à surchauffe du PMG et fuite d’huile (pouvant conduire à un feu externe) Basse pression d’huile - Contrôle ou ouverture des commutateurs du PE - puis ouverture du contacteur dans le PDMU - puis déconnexion mécanique du PMG si besoin - Mesure de pression d’huile double - Ouvertures du PE et des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance - Test de déconnexion du PMG PDMU PE PMG Surchauffe du PMG - Perte de lubrification de roulement ou d’huile de refroidissement - Court-circuit dans le PMG … Feu suite à surchauffe du PMG Surchauffe (températures de bobinage ou d’huile) - Contrôle ou ouverture des commutateurs du PE - puis ouverture du contacteur dans le PDMU - puis déconnexion mécanique du PMG - Températures de bobinage et d’huile consolidées ensemble - Ouvertures du PE et des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance - Test de déconnexion du PMG PDMU PE PMG Fuite du HV vers le 28VDC interne au PDMU Défaut d’isolation entre HV et 28VDC Feu - IMD - Surtension sur le 28VDC - Surchauffe - Double isolation pour éviter les défauts - Ouverture du commutateur sur le 28V du PDMU - Ouverture des commutateurs HVDC du PDMU - Mesures de températures consolidées dans le PDMU - Ouvertures des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance PDMU Défaut d’arc AC Défaut dans les harnais Feu dû à des arcs électriques et autre dommage Algorithme basé sur les mesures du PE - Mise en court-circuit des commutateurs du PE pour abaisser la tension - Déconnexion mécanique du PMG - Consolidation des mesures dans le PMG et le PE - Test de déconnexion du PMG PE PMG Défaut d’arc DC Défaut dans les harnais Feu dû à des arcs électriques et autre dommage Dispositif de détection d’arc pour la ligne Aéronef - Ouverture de K_AC - pour les autres lignes détection indirecte à partir de la tension - Mesures de l’AFD consolidées avec les autres mesures du PDMU - Ouvertures des commutateurs PDMU à chaque arrêt du moteur ou à sa mise en route, ou lors de maintenance PDMU De façon générale, on notera que l’invention peut s’appliquer pour un système en mode moteur (propulsion) ou générateur, en simple canal ou en multicanaux, et aussi bien pour des machines triphasées que multi-phasées (avec un nombre de phases > 3), pour des machines à aimants (PMG) ou des machines à rotor bobiné, avec le convertisseur électronique séparé de la machine et connecté par un câblage intermédiaire, ou au contraire intégrée ou collé à celle-ci avec des liaisons électriques très courtes. L’invention peut s’appliquer à tout système d’hybridation électrique monté dans un autre porteur qu’un avion, hélicoptère, VTOL, etc…, comme à un système de propulsion électrique associant plusieurs équipements. Procédé de surveillance et de protection d’un système d’hybridation électrique contre le risque de feu, le système d’hybridation électrique comprenant deux machines tournantes ayant chacune au moins un bobinage statorique, chaque bobinage statorique étant associé à un convertisseur AC/DC, et un boitier de distribution pour délivrer, à partir des tensions continues délivrées par les convertisseurs AC/DC et via une barre de distribution HVDC, une haute tension continue d’une part pour des charges locales et d’autre part pour le réseau électrique d’un aéronef, procédé caractérisé en ce qu’il est procédé à des mesures de courant et de tension dans le boitier de distribution, les convertisseurs et les bobinages statoriques des machines tournantes et si, une fois ces mesures consolidées ensemble dans une carte de contrôle, le risque de feu est avéré, il est procédé sélectivement à une ouverture de contacteurs du boitier de distribution et/ou des convertisseurs et une déconnexion mécanique des machines tournantes. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, dans lequel la mesure d’un sur-courant ou d’une surtension dans le boitier de distribution et/ou les convertisseurs ou encore la détection d’une température excessive ou d’une pression d’huile basse dans les machines tournantes entraine l’ouverture des commutateurs des convertisseurs, l’ouverture du contacteur du boitier de distribution puis la déconnexion mécanique de la machine tournante. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, dans lequel la mesure d’un sur-courant en sortie du boitier de distribution entraine l’ouverture du contacteur ou du commutateur statique associé à la charge locale défectueuse et en cas de défaut d’ouverture, l’ouverture de tous les contacteurs ou commutateurs statiques associés aux autres charges locales. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, dans lequel la mesure d’un sur-courant à une entrée côté convertisseur du boitier de distribution, entraine l’ouverture des commutateurs de ce convertisseur, suivi de l’ouverture du contacteur du boitier de distribution, puis si nécessaire la déconnexion mécanique de la machine tournante. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, dans lequel la détection d’un arc électrique dans une des machines tournantes entraine la mise en court-circuit des commutateurs du convertisseur associé puis la déconnexion mécanique de la machine tournante. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 1, dans lequel la détection d’un arc électrique sur le réseau électrique de l’aéronef entraine l’ouverture du contacteur du boitier de distribution. Procédé de surveillance et de protection selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les commutateurs des convertisseurs et du boitier de distribution sont ouverts à chaque arrêt d’une machine tournante, à sa mise en route ou lors de sa maintenance. Procédé de surveillance et de protection selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’ouverture des contacteurs et commutateurs est définie par des paramètres de seuil et de durée de déclenchement déterminés pour chacun en fonction de la configuration du réseau électrique et de caractéristiques d’équipements du système d’hybridation électrique. Procédé de surveillance et de protection selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel il est effectué un test de déconnexion des machines tournantes périodiquement ou à chacun de leur arrêt. Procédé de surveillance et de protection selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les mesures de courant et de tension, de pression d’huile et de température sont consolidées ensemble dans un module de gestion et de traitement. Procédé de surveillance et de protection selon la revendication 10, dans lequel le module de gestion et de traitement est disposé dans le boitier de distribution.