Méthode de discrimination entre un arc interne et un arc de coupure dans un disjoncteur de moyenne ou de haute tension

Abstract

 La méthode porte sur la discrimination d'un arc interne d'un arc de coupure qui s'établissent dans une enveloppe de disjoncteur d'une travée de poste blindé de moyenne ou de haute tension. L'apparition d'un arc interne est détectée par un système de protection qui transmet en réponse un ordre de déclenchement (15) au disjoncteur provoquant l'apparition d'un arc de coupure. La méthode consiste à :

■ effectuer en continu des relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe du disjoncteur ;

■ enregistrer lesdits relevés de pression pour récupérer, postérieurement à l'instant de transmission de l'ordre de déclenchement (15), une première valeur de pression relevée antérieurement audit instant ;

■ comparer ladite première valeur de pression à une seconde valeur de pression relevée postérieurement audit instant pour identifier que l'arc interne s'est établi dans ladite enveloppe du disjoncteur.

Description

[0001] L'invention se rapporte à une méthode pour discriminer un arc interne d'un arc de coupure, généralement de plus forte amplitude que l'arc de coupure, qui s'établissent dans une enveloppe de disjoncteur d'une travée de poste blindé de moyenne ou de haute tension, à l'aide de relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe dudit disjoncteur, dans laquelle l'apparition d'un arc interne est détectée par un système de protection qui transmet en réponse un ordre de déclenchement au disjoncteur pour provoquer la séparation de ses contacts, cette séparation provoquant l'apparition d'un arc de coupure.

[0002] Un tel poste blindé est constitué de plusieurs travées, reliées en parallèle par un jeu de barres d'alimentation, et comportant chacune en série avec le disjoncteur, un sectionneur de barres (ou sectionneur d'aiguillage) et un départ de ligne. Chaque appareillage d'une travée est enfermé dans une enveloppe étanche remplie d'un gaz diélectrique sous pression pour tenir une différence de potentiel avec un conducteur traversant l'enveloppe. Une travée est donc constituée de plusieurs compartiments formés par les enveloppes des différents appareillages électriques.

[0003] Un arc électrique qui se produit entre l'enveloppe et le conducteur d'un compartiment de la travée est désigné par un arc interne. De façon connue, un système de protection du poste est prévu pour détecter un tel défaut par l'intermédiaire d'une mesure du courant traversant le poste. Cependant, le système de protection ne permet pas de localiser l'arc interne, de telle sorte qu'il n'est pas possible d'identifier la travée du poste ni le compartiment de cette travée dans lequel l'arc interne s'est produit.

[0004] Les compartiments de chaque travée sont pourvus d'un capteur de pression destiné à déterminer la pression du gaz diélectrique qui se trouve à l'intérieur des enveloppes. Si un arc interne se produit dans un compartiment, le capteur de pression détecte une augmentation de pression, ce qui permet d'identifier ce compartiment.

[0005] L'identification du compartiment défectueux par l'augmentation de pression ne pose pas de difficulté dans le cas d'un sectionneur ou d'un départ de ligne d'une travée.

[0006] En revanche, un problème de discrimination se pose dans le cas d'un disjoncteur. En effet, lorsque le système de protection détecte un défaut de courant dans le poste électrique, il émet un ordre de déclenchement vers les disjoncteurs qui s'ouvrent à réception de cet ordre. Lors de l'ouverture de chaque disjoncteur, un arc de court-circuit désigné par arc de coupure est étiré, provoquant une augmentation de la pression du gaz diélectrique.

[0007] Pour savoir si un arc interne s'est produit dans un disjoncteur d'une travée du poste, il est indispensable de le discriminer de l'arc de coupure qui a inévitablement suivi l'ordre de déclenchement émis par le système de protection.

[0008] Une solution apparemment satisfaisante pourrait fonder la discrimination sur l'amplitude des augmentations de pression dues à un arc interne par rapport à celles dues à un arc de coupure. Cette solution n'est cependant pas applicable dans tous les cas, en particulier lors de faibles arcs internes car l'augmentation de pression qu'ils provoquent est du même ordre de grandeur que l'augmentation de pression provoquée lors d'une coupure d'un fort courant de court circuit.

[0009] Le but de l'invention est de discriminer un arc interne d'un arc de coupure dans un disjoncteur appartenant à un poste électrique, à l'aide d'une méthode qui s'applique sans restriction à de faibles arcs internes, qui soit simple à mettre en oeuvre et qui puisse être implantée sur des postes existants avec un investissement réduit.

[0010] L'idée à la base de l'invention est de considérer un certain temps entre l'ordre de déclenchement émis par le système de protection et l'instant d'apparition de l'arc de coupure lors de l'ouverture du disjoncteur.

[0011] Plus particulièrement, l'invention a pour objet une méthode pour discriminer un arc interne d'un arc de coupure qui s'établissent dans une enveloppe de disjoncteur d'une travée de poste blindé de moyenne ou de haute tension, à l'aide de relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe dudit disjoncteur, dans laquelle l'apparition d'un arc interne est détectée par un système de protection qui transmet en réponse un ordre de déclenchement au disjoncteur pour provoquer la séparation de ses contacts, cette séparation provoquant l'apparition d'un arc de coupure, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes :

■ effectuer en continu des relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe du disjoncteur ;

■ enregistrer lesdits relevés de pression pour récupérer, postérieurement à l'instant de transmission de l'ordre de déclenchement, une première valeur de pression relevée antérieurement audit instant ;

■ comparer ladite première valeur de pression à une seconde valeur de pression relevée postérieurement audit instant pour identifier que l'arc interne s'est établi dans ladite enveloppe du disjoncteur si la seconde valeur est supérieure à la première valeur ou que l'arc interne de s'est pas établi dans ladite enveloppe du disjoncteur si ces deux valeurs de pression sont égales.

[0012] Selon un mode particulier de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, la seconde valeur de pression correspond à une pression relevée postérieurement à l'ordre de déclenchement pour prendre en compte un temps de réponse mécanique du disjoncteur pendant lequel l'un des contacts, mobile, s'est déplacé par rapport à l'autre, fixe, mais sans encore atteindre le point de séparation. L'arc de coupure n'est donc pas encore étiré, si bien que sa contribution à l'augmentation de pression dans l'enveloppe est encore nulle.

[0013] Selon encore un mode particulier de mise en oeuvre de la méthode selon l'invention, la premier valeur de pression correspond à une pression relevée antérieurement à l'ordre de déclenchement pour prendre en compte un temps de réponse électronique du système de protection à l'apparition d'un arc interne. L'arc interne ne s'étant pas encore produit, la pression gardée en mémoire représente la pression de référence du disjoncteur.

[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de mise en oeuvre de la méthode illustré par les dessins.

[0015] La figure 1 montre schématiquement un poste électrique qui comprend trois travées reliées par deux jeux de barres.

[0016] La figure 2 est un chronogramme de l'augmentation de pression en cas d'arc de coupure dans un disjoncteur du poste représenté à la figure 1, enregistré dans un essai en absence d'arc interne.

[0017] La figure 3 est un chronogramme de l'augmentation de pression en cas d'arc interne dans le disjoncteur du poste représenté à la figure 1, enregistré dans un essai en présence d'un arc interne.

[0018] La méthode de l'invention est mise en oeuvre, figure 1, dans un poste électrique blindé de moyenne ou de haute tension comprenant trois travées T, ici du type monophasé, reliées entre elles par deux jeux de barres J1 et J2 et constituées chacune d'un disjoncteur D, d'un sectionneur d'aiguillage S relié au jeu de barres et d'un départ de ligne L. Ces différents appareillages forment autant de compartiments différents étanches l'un par rapport à l'autre. Ces compartiments comprennent chacun une enveloppe métallique remplie d'un gaz diélectrique sous pression, par exemple de l'hexafluorure de soufre SF6, pour tenir une différence de potentiel avec un conducteur C disposé à l'intérieur de l'enveloppe.

[0019] Chaque disjoncteur comprend deux contacts 1 et 3 disposés à l'intérieur d'une enveloppe qui est traversée par le conducteur C. L'enveloppe du disjoncteur est donc remplie d'un gaz diélectrique sous pression et un capteur 5 est prévu sur l'enveloppe pour relever la pression à l'intérieur de l'enveloppe. La valeur de pression relevée par un capteur 5 associé à un disjoncteur est fournie à une unité de contrôle commande U qui comprend une unité d'acquisition et de traitement du signal de pression en vue d'une mémorisation en continue de la pression.

[0020] Le poste comprend aussi un système de protection P apte à détecter, par l'intermédiaire de trois transformateurs de courant T' disposés chacun à l'entrée d'une travée à l'intérieur du compartiment de départ de ligne L, l'apparition d'un arc interne 2 entre l'enveloppe et le conducteur C de l'un des compartiments du poste. En réponse à une telle détection, il émet un ordre de déclenchement 15 vers les disjoncteurs D qui s'ouvrent à réception de cet ordre. L'ordre de déclenchement est transmis par l'intermédiaire d'une unité 7 de commande des contacts 1 et 3 de chaque disjoncteur. Simultanément, le système de protection P émet un signal 19 vers l'unité d'acquisition et de traitement U en vue de récupérer des valeurs de pression enregistrées antérieurement à l'ordre de déclenchement pour chacun des disjoncteurs.

[0021] Comme indiqué précédemment, pour localiser l'arc interne 2 dans l'un des trois disjoncteurs D par détermination d'une augmentation de pression, il est indispensable de discriminer l'arc interne de l'arc de coupure qui suit inévitablement l'ordre de déclenchement émis par le système de protection.

[0022] Selon l'invention, la discrimination repose sur une comparaison entre une pression déterminée postérieurement à l'ordre de déclenchement et une pression déterminée et mémorisée antérieurement à cet ordre. Un arc interne est identifié dans le disjoncteur par une pression postérieure supérieure à la pression mémorisée, et un arc de coupure, par une égalité entre les deux pressions.

[0023] Dans l'exemple de la figure 1, la comparaison entre les deux pressions est effectuée par l'unité d'acquisition et de traitement de l'unité de contrôle commande U et génère l'information "arc interne" ou "arc de coupure".

[0024] Selon un premier mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, l'instant auquel on détermine la pression postérieurement à l'ordre de déclenchement est fixé à l'aide d'une courbe de pression enregistrée lors de l'ouverture du disjoncteur.

[0025] Sur les figures 2 et 3, on a reporté un chronogramme d'ouverture d'un disjoncteur D enregistré lors d'un essai de coupure d'un courant de court-circuit et d'un essai d'arc interne. Au cours de cet essai, on envoie un ordre de déclenchement 15 sur l'unité de commande 7 des contacts du disjoncteur de façon à simuler le système de protection P. On note que ce système n'appartient pas à la configuration de l'essai de coupure mais est seulement présent dans les configurations d'un fonctionnement réel du poste. L'essai de coupure est réalisé en l'absence d'arc interne, figure 2, puis en présence d'un arc interne 2 provoqué artificiellement dans le disjoncteur, figure 3.

[0026] L'évolution de la pression dans le disjoncteur est retracée par une courbe de pression 9. Simultanément, on enregistre l'évolution temporelle du courant traversant le disjoncteur, courbe 13. On observe que par rapport à l'ordre de déclenchement 15, la pression n'augmente qu'à partir d'un instant 17 qui correspond à une variation brutale du courant et que l'on interprète comme la formation de l'arc de coupure consécutif à la séparation de contacts disposés dans le disjoncteur. L'ordre de grandeur de la durée de l'arc de coupure est de l'ordre de 10ms, ce qui explique ce front raide. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on choisit donc l'instant 17 auquel on détermine la pression postérieurement à l'ordre de déclenchement, avant l'augmentation de pression due à l'arc de coupure étiré entre les contacts du disjoncteur.

[0027] Le fait qu'en l'absence d'un arc interne, la pression n'augmente pas simultanément avec l'ordre de déclenchement provient d'un temps de réponse mécanique propre au déplacement du contact mobile par rapport au contact fixe dans le disjoncteur. Cette première phase d'ouverture se termine avec la séparation effective des contacts et précède une deuxième phase où un arc de coupure est étiré entres les deux contacts.

[0028] Dans l'exemple de la figure 2, le temps de réponse du disjoncteur testé est de l'ordre de 20 millisecondes (ms). Pour la mise en oeuvre de la méthode dans un poste électrique comportant un tel disjoncteur, on choisit un instant 17 décalé par rapport à l'ordre de déclenchement 15 de 20 ms pour déterminer la pression postérieurement à cet ordre.

[0029] L'essai de coupure de courant de court-circuit permet donc, par l'intermédiaire de la courbe de pression corroborée par le courbe de courant, de fixer l'instant de détermination de la pression postérieurement à l'ordre de déclenchement pour chaque disjoncteur ou chaque type de disjoncteurs ayant un même mécanisme de déplacement du contact mobile par rapport au contact fixe.

[0030] Le système de protection du poste électrique possède un temps de réponse propre qui est fonction de son électronique et qui est habituellement de l'ordre 10 millisecondes. Pour chaque disjoncteur, il est prévu avantageusement de garder dans la mémoire de l'unité d'acquisition et de traitement, la pression qui a été déterminée antérieurement à l'ordre de déclenchement d'une durée au moins égale au temps de réponse du système de protection. De cette façon, on est certain que la pression déterminée représente la pression de référence du disjoncteur, avant toute apparition d'un arc interne.

[0031] Figure 2, on peut par exemple fixer à -100 ms l'instant 11 auquel on détermine la pression antérieurement à l'ordre de déclenchement. La mémoire de l'unité d'acquisition et de traitement comprend un empilement de pressions instantanées indexées chronologiquement pendant 100 ms. A réception du signal 19 simultanément à l'ordre de déclenchement, l'unité d'acquisition extrait de l'empilement de la mémoire la première pression instantanée mémorisée, c'est à dire celle stockée à -100 ms, pour pouvoir la comparer à la pression déterminée postérieurement à l'ordre de déclenchement.

[0032] Figure 2, la pression déterminée à l'instant -100 ms est égale à la pression déterminée à l'instant +20 ms par rapport à l'ordre de déclenchement 15. Lors d'un fonctionnement réel du poste, la méthode permet de conclure que l'arc interne à l'origine de l'ordre de déclenchement émis par le système de protection ne s'est pas produit dans le disjoncteur qui présente cette égalité des pressions.

[0033] Figure 3, la pression déterminée à l'instant -100 ms est inférieure à la pression déterminée à l'instant +20 ms par rapport à l'ordre de déclenchement 15. Lors d'un fonctionnement réel du poste, la méthode permet de conclure que l'arc interne à l'origine de l'ordre de déclenchement émis par le système de protection s'est produit dans le disjoncteur qui présente cette inégalité des pressions.

[0034] Il est prévu avantageusement de fixer l'instant auquel on détermine la pression postérieurement à l'ordre de déclenchement à l'aide d'un essai de routine, plus simple à mettre en oeuvre qu'un essai de coupure, ce dernier restant cependant le seul essai capable de révéler l'absence de variation de pression entre l'ordre de déclenchement et la séparation effective des contacts du disjoncteur.

[0035] Lors de l'essai de routine, on accède à l'instant de séparation effective des contacts postérieurement à l'ordre de déclenchement à l'aide d'une courbe de relevé de continuité électrique entre les contacts 1 et 3 du disjoncteur, que l'on acquiert et visualise par exemple à l'aide d'un oscilloscope ayant deux voies reliées l'une aux contacts 1 et 3 en série, l'autre à l'ordre de déclenchement 15. L'essai est conduit hors tension, donc sans arc interne ni arc de coupure. Il permet principalement de déterminer le temps de réponse mécanique du disjoncteur testé, en déterminant le moment où l'on enregistre la séparation des contacts.

[0036] Pour la mise en oeuvre de la méthode dans un poste électrique comportant le disjoncteur testé dans l'essai de routine, on fixe l'instant auquel on détermine la pression postérieurement à l'ordre de déclenchement, avant l'apparition de la perturbation électrique correspondant à la séparation effective des contacts.

[0037] De préférence, le capteur de pression monté sur chaque enveloppe de disjoncteur possède un temps de réponse beaucoup plus court que le temps de réponse mécanique du disjoncteur ou que le temps de réponse électronique du système de protection. Un temps de réponse de quelques millisecondes est acceptable pour la mise en oeuvre de la méthode.

[0038] De préférence également, le capteur de pression possède une résolution de l'ordre de quelques dix millièmes, typiquement 0,05%. Avec un tel capteur, la méthode selon l'invention identifie un arc interne présentant un écart relatif des pressions postérieure et antérieure de 0,5% avec une incertitude relative de 10%. Une telle résolution permet de discriminer de faibles arcs internes d'un arc de coupure. On peut avantageusement utiliser un capteur de densité, du type capteur de pression et de température avec une compensation de température, pour fournir un signal de densité à l'unité de contrôle commande U. Ce type de capteur possède une réponse identique à un capteur de pression dans les secondes qui suivent l'apparition de l'arc interne ou de l'arc de coupure car aucun échange thermique avec le capteur n'a encore eu lieu.

[0039] Il est prévu de traiter les pressions instantanées par une moyenne sur un intervalle de temps qui, de préférence, est égal au temps de réponse mécanique du disjoncteur. Dans les figures 2 et 3, la courbe de pression est reconstituée à partir d'un signal des pressions instantanées qui est filtré par conversion de fréquence et échantillonné tous les 20 ms. De cette façon, on élimine toute perturbation à 50Hz, ce qui procure une sécurité par rapport aux couplages inductifs entre le courant du disjoncteur et le signal du capteur de pression.

[0040] On note enfin que la méthode selon l'invention est simple à mettre en oeuvre.

[0041] L'acquisition et le traitement du signal de pression en vue de la comparaison des pressions antérieure et postérieure à l'ordre de déclenchement restent limités à des opérations classiques. La méthode utilise un capteur de pression qui le plus souvent est déjà présent sur les disjoncteurs pour remplir d'autres fonctions, comme par exemple la surveillance d'un taux de fuite du gaz diélectrique hors de l'enveloppe. Il en va de même pour le système de protection. L'investissement en moyens matériels est donc réduit.

Revendications

1. Une méthode pour discriminer un arc interne (2) d'un arc de coupure qui s'établissent dans une enveloppe de disjoncteur (D) d'une travée de poste blindé de moyenne ou de haute tension, à l'aide de relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe dudit disjoncteur, dans laquelle l'apparition d'un arc interne est détectée par un système de protection (P) qui transmet en réponse un ordre de déclenchement (15) au disjoncteur pour provoquer la séparation de ses contacts (1,3), cette séparation provoquant l'apparition d'un arc de coupure, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes :

■ effectuer en continu des relevés de la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe du disjoncteur ;

■ enregistrer lesdits relevés de pression pour récupérer, postérieurement à l'instant de transmission de l'ordre de déclenchement (15), une première valeur de pression relevée antérieurement audit instant ;

■ comparer ladite première valeur de pression à une seconde valeur de pression relevée postérieurement audit instant pour identifier que l'arc interne s'est établi dans ladite enveloppe du disjoncteur si la seconde valeur est supérieure à la première valeur ou que l'arc interne ne s'est pas établi dans ladite enveloppe du disjoncteur si ces deux valeurs de pression sont égales.

2. La méthode selon la revendication 1, dans laquelle la seconde valeur de pression correspond à une pression relevée avant la séparation des contacts (1,3) du disjoncteur.

3. La méthode selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la première valeur de pression correspond à une pression relevée avant ledit instant de transmission de l'ordre de déclenchement (15) diminué au moins du temps de réponse du système de protection.

4. Une méthode selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle on utilise un capteur de densité (5) pour relever la pression du gaz diélectrique à l'intérieur de l'enveloppe du disjoncteur.

Dessins