FR2772130A1 - Fault detector for overhead electrical-power distribution lines - Google Patents

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Abstract

The probe (2) uses an air or ferrite-filled winding to detect the magnetic field of the line with a measuring circuit (4) using a cascade-connected operational amplifier to provide an output voltage proportional to field intensity with a high signal to noise ratio. The inductance and resistance of the winding are selected to match the power frequency.

Description

DÉTECTEUR AMPERMÉTRIQUE DE DÉFAUT DANS UN RÉSEAU
AÉRIEN HTA
La présente invention concerne un dispositif de détection de défaut pour un réseau aérien de distribution d'énergie électrique reposant sur la surveillance d'éventuelles surintensités et comportant au moins un capteur sensible au champ magnétique engendré par ces surintensités, ledit capteur générant un courant proportionnel au champ magnétique détecté et étant monté en amont d'un circuit électronique destiné à délivrer une tension représentant une image du courant circulant dans la ligne HTA.
AMPERMETRIC DEFECT DETECTOR IN A NETWORK
AERIAL HTA
The present invention relates to a fault detection device for an overhead power distribution network based on the monitoring of any overcurrent and comprising at least one sensor sensitive to the magnetic field generated by these overcurrents, said sensor generating a current proportional to the current. magnetic field detected and being mounted upstream of an electronic circuit for delivering a voltage representing an image of the current flowing in the line HTA.

Les dispositifs de détection de défauts connus dans l'art antérieur utilisent un principe de détection ''ampéremètrique'' pour détecter des défauts polyphasés, ou un principe de détection directionnelle, nécessitant la mesure du courant et de la tension homopolaire, pour détecter des défauts à la terre. Ces dispositifs utilisent soit des détecteurs souterrains installés en cabine dans des postes de transformation HTA/BT par exemple, soit des détecteurs aériens, dits de "proximite" installés installés en pied de poteau support de ligne HTA. Dans le premier cas, la mesure du courant est faite généralement par des tores placés sur chacune des phases, tandis que la mesure de la tension est faite généralement par des diviseurs capacitifs, tandis que dans le deuxième cas la mesure du courant est faite par un capteur de champ magnétique et la mesure de la tension est faite par un capteur de champ électrique. The defect detection devices known in the prior art use an "amperometric" detection principle to detect polyphase defects, or a directional detection principle, requiring measurement of the zero sequence current and voltage, to detect faults. To the earth. These devices use either underground detectors installed in cabs in HV / LV transformer stations for example, or air sensors, called "proximity" installed installed at the bottom of HTA line support pole. In the first case, the measurement of the current is generally made by tori placed on each of the phases, whereas the measurement of the voltage is made generally by capacitive dividers, while in the second case the measurement of the current is made by a Magnetic field sensor and the measurement of the voltage is made by an electric field sensor.

Les capteurs de champ magnétique utilisés dans l'art antérieur sont constitués par au moins une bobine noyée dans le champ magnétique de la ligne HTA, associée à un circuit électronique d'adaptation et de conversion courant-tension, l'ensemble restituant une image de la composante horizontale ou verticale du courant de la ligne HTA sur laquelle se superpose une composante induite par la dissymétrie physique de la ligne. The magnetic field sensors used in the prior art are constituted by at least one coil embedded in the magnetic field of the line HTA, associated with an electronic circuit for adaptation and conversion current-voltage, the assembly restoring an image of the horizontal or vertical component of the current of the line HTA on which is superimposed a component induced by the physical dissymmetry of the line.

Afin d'obtenir une image réelle du courant de ligne dans la bande de fréquence désirée, qui se situe entre 25 HZ et 1000 Hz, les dispositifs connus nécessitent l'utilisation d'un étage intégrateur en amont du circuit de détection. Cet étage intégrateur a pour effet de dégrader le rapport signal sur bruit S/B du signal détecté. In order to obtain a true image of the line current in the desired frequency band, which is between 25 Hz and 1000 Hz, the known devices require the use of an integrator stage upstream of the detection circuit. This integrator stage has the effect of degrading the signal-to-noise ratio S / B of the detected signal.

La figure 1 représente un schéma électrique équivalent d'un capteur 2 de champ magnétique équipant un dispositif connu de détection de défaut. Ce capteur est modélisé par un générateur de courant de FEM E délivrant un courant i dans un circuit électronique de mesure à travers une résistance Re montée série avec une inductance LB. Le circuit électronique de mesure est représenté par une résistance d'entrée RM. Le courant i représente une image du courant de ligne I et est relié à ce dernier par les équations suivantes: M. p. I = (RB +LB.P+RM).t
Vs = RM.i
où M représente un coefficient de transformation qui dépend de la position du capteur par rapport à la ligne HTA et p = j #, o (o représentant la pulsation. du courant I.
FIG. 1 represents an equivalent electrical diagram of a magnetic field sensor 2 fitted to a known fault detection device. This sensor is modeled by a FEM current generator E delivering a current i in an electronic measurement circuit through a series resistor Re with an inductance LB. The electronic measuring circuit is represented by an input resistor RM. The current i represents an image of the line current I and is connected to the latter by the following equations: M. p. I = (RB + LB.P + RM) .t
Vs = RM.i
where M represents a transformation coefficient which depends on the position of the sensor with respect to the line HTA and p = j # where o (o) represents the pulsation of the current I.

La fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport

Figure img00020001
The transfer function of sensor 2 is given by the ratio
Figure img00020001

LB 1
# = # où fc représente la fréquence de
RM + RB 2#.fc coupure du capteur 2.
LB 1
# = # where fc represents the frequency of
RM + RB 2 # .fc sensor cutoff 2.

LB
Si RM+RB l, la fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport:
i M
I LB
Ce rapport est indépendant de p. Par conséquent, le courant i, et partant la tension Vs = RN i ,mesurée aux bornes de la résistance d'entrée RN du circuit de mesure, représentent une image du courant de ligne I.
LB
If RM + RB 1, the transfer function of the sensor 2 is given by the ratio:
i M
HE B
This report is independent of p. Therefore, the current i, and hence the voltage Vs = RN i, measured across the input resistor RN of the measuring circuit, represent an image of the line current I.

LB
Si RM+RB l, la fonction de transfert du capteur 2 est donnée par le rapport
i M
I R M +RB
Ce rapport dépend de p.
LB
If RM + RB 1, the transfer function of sensor 2 is given by the ratio
i M
MRI + RB
This report depends on p.

Par conséquent le courant i, et partant, la tension Vs mesurée aux bornes de la résistance d'entrée
RM du circuit de mesure, représentent une image de la dérivée du courant de ligne I .
Therefore the current i, and hence the voltage Vs measured across the input resistance
RM of the measuring circuit, represent an image of the derivative of the line current I.

Comme on peut le voir sur la figure 2, illustrant la fonction de transfert 6 du capteur 2, pour des fréquences inférieures à la fréquence de coupure fc dudit capteur 2, ce dernier se comporte comme un filtre dérivateur du type passe-haut. Par conséquent, pour retrouver, dans la bande de fréquence utile désirée, un courant i représentant une image du courant de ligne I et non pas une image de la dérivée de ce courant I il est nécessaire d'utiliser un intégrateur en cascade avec le capteur 2. Cependant, comme cela apparaît sur la figure 3, illustrant la superposition de la réponse en fréquence 8 d'un intégrateur et de la réponse en fréquence 6 du capteur 2, l'utilisation d'un intégrateur provoque une atténuation A du niveau du signal mesuré dans la bande de fréquence utile B. Ceci a pour conséquence une dégradation du rapport signal sur bruit
S/B dans cette bande de fréquence.
As can be seen in FIG. 2, illustrating the transfer function 6 of the sensor 2, for frequencies lower than the cut-off frequency fc of said sensor 2, the latter behaves like a highpass type derivation filter. Therefore, to find, in the desired useful frequency band, a current i representing an image of the line current I and not an image of the derivative of this current I it is necessary to use a cascaded integrator with the sensor 2. However, as shown in FIG. 3, illustrating the superposition of the frequency response 8 of an integrator and of the frequency response 6 of the sensor 2, the use of an integrator causes an attenuation A of the level of the signal measured in the useful frequency band B. This results in a degradation of the signal-to-noise ratio
S / B in this frequency band.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus au moyen d'un dispositif de conception simple, peu coûteux permettant d'obtenir directement une image réelle du courant de la ligne HTA. The object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned above by means of a simple, inexpensive design device for directly obtaining a real image of the current of the line HTA.

Selon l'invention, le circuit électronique de mesure présente pour le capteur de champ magnétique une résistance de charge nulle de telle sorte que la tension électrique délivrée par ce circuit électronique dans la bande de fréquence utile désirée soit directement proportionnelle au courant de la ligne HTA du réseau. According to the invention, the electronic measurement circuit has a zero load resistance for the magnetic field sensor so that the electric voltage delivered by this electronic circuit in the desired useful frequency band is directly proportional to the current of the HTA line. network.

Ainsi, l'étage intégrateur peut être supprimé évitant la dégradation du rapport signal sur bruit S/B dans la bande de fréquence utile. En outre, la tension électrique détectée est directement proportionnelle au courant de la ligne HTA tout en maintenant une fréquence de coupure basse de la bande de fréquence utile dans la mesure où la résistance de charge, vue du circuit électronique de mesure, est nulle. Thus, the integrator stage can be suppressed avoiding the degradation of the S / N signal-to-noise ratio in the useful frequency band. In addition, the detected voltage is directly proportional to the current of the line HTA while maintaining a low cutoff frequency of the useful frequency band in that the load resistance, seen from the electronic measuring circuit, is zero.

Selon une autre caractéristique importante de l'invention, le capteur de champ magnétique comporte.au moins deux enroulements conducteurs présentant chacun une résistance Rg et une inductance Lg de valeurs respectives telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile. According to another important characteristic of the invention, the magnetic field sensor comprises at least two conductive windings each having a resistance Rg and an inductance Lg of respective values such that the ratio RB / LB is lower than the lowest frequency of the useful frequency band.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles
- La figure l représente un schéma électrique équivalent d'un capteur de champ magnétique équipant un dispositif de détection de défauts de l'art antérieur.
Other features and advantages of the invention will emerge from the description which follows, taken by way of non-limiting example, with reference to the appended figures in which
FIG. 1 represents an equivalent electrical diagram of a magnetic field sensor fitted to a defect detection device of the prior art.

- La figure 2 représente une courbe de réponse en fréquence du capteur de la figure 1. FIG. 2 represents a frequency response curve of the sensor of FIG. 1.

- La figure 3 représente une courbe de réponse en fréquence du capteur de la figure 1 superposée à une courbe de réponse en fréquence d'un étage intégrateur;
- la figure 4 représente un schéma électrique d'un capteur de champ magnétique équipant un dispositif de détection de défauts selon l'invention.
FIG. 3 represents a frequency response curve of the sensor of FIG. 1 superimposed on a frequency response curve of an integrator stage;
- Figure 4 shows an electrical diagram of a magnetic field sensor equipping a fault detection device according to the invention.

- la figure 5 représente schématiquement un capteur de champ magnétique selon l'invention. - Figure 5 schematically shows a magnetic field sensor according to the invention.

La figure 4 représente un schéma électrique d'un capteur 2 de champ magnétique engendré par d'éventuelles surintensités dans la ligne HTA 3 d'un réseau de distribution d'énergie électrique. Ce capteur 2 génère un courant i proportionnel au champ magnétique détecté et est monté en amont d'un circuit électronique 4 destiné à délivrer une tension Vs représentant une image du courant i. Ledit circuit électronique 4 comporte un amplificateur opérationnel 10 monté en cascade avec le capteur 2 de champ magnétique et présente aux bornes de sortie de ce dernier une résistance de charge virtuellement nulle. La tension électrique Vs mesurée à la sortie 12 dudit amplificateur opérationnel 10 est proportionnelle au courant i. FIG. 4 represents a circuit diagram of a magnetic field sensor 2 generated by possible overcurrents in the HTA line 3 of an electrical energy distribution network. This sensor 2 generates a current i proportional to the detected magnetic field and is mounted upstream of an electronic circuit 4 intended to deliver a voltage Vs representing an image of the current i. Said electronic circuit 4 comprises an operational amplifier 10 cascaded with the magnetic field sensor 2 and has at the output terminals of the latter a virtually zero charge resistance. The voltage Vs measured at the output 12 of said operational amplifier 10 is proportional to the current i.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le capteur 2 de champ magnétique comporte au moins deux enroulements conducteurs présentant chacun une résistance Rg et une inductance LB telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile désirée. According to a preferred embodiment of the invention, the magnetic field sensor 2 comprises at least two conductive windings each having a resistance Rg and an inductance LB such that the ratio RB / LB is lower than the lowest frequency of the band of desired useful frequency.

Ces enroulements sont constitués par des bobines à air (20, 22) ou des bobines comportant un noyau de ferrite disposées selon deux axes perpendiculaires dans le champ magnétique crée par les lignes HTA 3 comme cela est illustré schématiquement par la figure 5. These windings are constituted by air coils (20, 22) or coils comprising a ferrite core disposed along two perpendicular axes in the magnetic field created by the lines HTA 3 as schematically illustrated in FIG. 5.

La disposition des bobines 20 et 22 permet, d'une part, de mesurer le module et l'argument du vecteur de champ magnétique détecté et, d'autre part, de déterminer le type de défauts affectant la ligne HTA 3. The arrangement of the coils 20 and 22 makes it possible, on the one hand, to measure the module and the argument of the detected magnetic field vector and, on the other hand, to determine the type of defects affecting the HTA line 3.

En effet, le champ magnétique est principalement orienté selon deux axes perpendiculaires en fonction de la hauteur des conducteurs sur la ligne HTA 3, de l'armement utilisé (nappe voûte, drapeau, quinconce...).Indeed, the magnetic field is mainly oriented along two perpendicular axes depending on the height of the conductors on the line HTA 3, the armament used (vault, flag, staggered ...).

Le tableau suivant résume les différentes orientations possibles du champ magnétique B en fonction du type d'armement et du type de défaut affectant la ligne HTA 3.

Figure img00060001
The following table summarizes the different possible orientations of magnetic field B according to the type of arming and the type of fault affecting line HTA 3.
Figure img00060001

<tb><Tb>

Défaut <SEP> Défaut <SEP> Défaut
<tb> monophasé/terre <SEP> Biphasé <SEP> polyphase
<tb> Armement <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> Vertical
<tb> <SEP> nappe <SEP> voûte
<tb> Armement <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> Vertical
<tb> drapeau
<tb> Armement <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> ou <SEP> Champ
<tb> quinconce <SEP> selon <SEP> les <SEP> tournant
<tb> phases
<tb> <SEP> concernées
<tb>
Il est donc possible de déterminer le type de défaut affectant la ligne HTA 3 en disposant la première bobine 20 horizontalement et la deuxième bobine 22 verticalement dans le champ magnétique de ladite ligne.
Default <SEP> Default <SEP> Default
<tb> single phase / earth <SEP> Biphasic <SEP> polyphase
<tb> Armament <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> Vertical
<tb><SEP> tablecloth <SEP> vault
<tb> Armament <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> Vertical
<tb> flag
<tb> Arming <SEP> Horizontal <SEP> Vertical <SEP> or <SEP> Field
<tb> quincunx <SEP> according to <SEP><SEP> rotating
<tb> phases
<tb><SEP> concerned
<Tb>
It is therefore possible to determine the type of fault affecting the HTA line 3 by arranging the first coil 20 horizontally and the second coil 22 vertically in the magnetic field of said line.

Claims (6)

l. Dispositif de détection de défaut pour un réseau aérien de distribution d'énergie électrique reposant sur la surveillance d'éventuelles surintensités dans la ligne HTA (3) dudit réseau et comportant au moins un capteur (2) sensible au champ magnétique engendré par lesdites surintensités, ledit capteur (2) générant un courant proportionnel au champ magnétique détecté et étant monté en amont d'un circuit électronique (4) de mesure destiné à délivrer une tension représentant une image du courant circulant dans la ligne HTA (3), caractérisé en ce que ledit circuit électronique (4) de mesure présente pour le capteur (2) de champ magnétique une résistance de charge nulle de telle sorte que la tension électrique délivrée par ce circuit électronique (4) dans la bande de fréquence utile désirée soit directement proportionnelle au courant généré par le capteur (2) de champ magnétique. l. Fault detection device for an overhead power distribution network based on the monitoring of any overcurrent in the HTA line (3) of said network and comprising at least one sensor (2) sensitive to the magnetic field generated by said overcurrent, said sensor (2) generating a current proportional to the detected magnetic field and being mounted upstream of an electronic measuring circuit (4) for supplying a voltage representing an image of the current flowing in the HTA line (3), characterized in that said measurement electronic circuit (4) has a zero load resistance for the magnetic field sensor (2) so that the electric voltage delivered by this electronic circuit (4) in the desired useful frequency band is directly proportional to the current generated by the magnetic field sensor (2). REVENDICATIONS 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électronique (4) comporte un amplificateur opérationnel (10) monté en cascade avec le capteur (2) de champ magnétique. 2. Device according to claim 1, characterized in that said electronic circuit (4) comprises an operational amplifier (10) cascaded with the sensor (2) of magnetic field. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur (2) de champ magnétique comporte au moins deux enroulements conducteurs (20, 22) présentant chacun une résistance RB et une inductance LB de valeurs respectives telles que le rapport RB/LB soit inférieur à la plus basse fréquence de la bande de fréquence utile désirée.  3. Device according to claim 2, characterized in that the magnetic field sensor (2) comprises at least two conductive windings (20, 22) each having a resistance RB and an inductance LB of respective values such that the ratio RB / LB is less than the lowest frequency of the desired useful frequency band. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des deux enroulements est constitué par une bobine à air. 4. Device according to claim 2, characterized in that each of the two windings is constituted by an air coil. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux bobines à air (20, 22) sont disposées dans le champ magnétique crée par les lignes HTA (3) selon deux axes perpendiculaires de manière à mesurer le module et l'argument du vecteur de champ magnétique détecté et à déterminer le type de défaut affectant les lignes HTA (3). 5. Device according to claim 4, characterized in that the two air coils (20, 22) are arranged in the magnetic field created by the lines HTA (3) along two perpendicular axes so as to measure the module and the argument of the detected magnetic field vector and to determine the type of fault affecting the HTA lines (3). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun des deux enroulements est constitué par une bobine comportant un noyau de ferrite.  6. Device according to claim 4, characterized in that each of the two windings is constituted by a coil having a ferrite core.
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