FR2832258A1

FR2832258A1 - Procede de securisation d'un systeme de protection differentielle de jeu de barres dans une ligne a isolation gazeuse, et systeme de protection de secours mettant en oeuvre le procede

Info

Publication number: FR2832258A1
Application number: FR0114601A
Authority: FR
Inventors: Jean Marmonier
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-16
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: WO2003043159A1; BR0206423A; FR2832258B1

Abstract

Le procédé de sécurisation est destiné à déclencher un système de protection de secours en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle (2) suite à l'apparition d'un défaut électrique (7) dans la ligne. Il est basé sur la mesure d'au moins deux grandeurs physiques (G1, G2, Gn) indépendantes par des systèmes de mesure (10) indépendants du système de protection différentielle (2), les mesures de chaque grandeur étant analysées pour produire un signal (11') qui constitue un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne. Au cas où au moins deux indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent, un signal (12') d'initialisation de déclenchement autorise une unité de déclenchement (14) de la protection de secours à attendre un éventuel signal (13) de validation qui sera généré si le défaut n'a pas été éliminé par le système de protection différentielle à l'issue d'une temporisation déterminée. Ce signal de validation entraîne la fermeture d'au moins un dispositif (16) de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne.

Description

L'invention a pour objet un procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle de jeu de barres dans une ligne à isolation gazeuse, pour la mise en oeuvre d'un système de protection de secours destiné à être déclenché en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne au niveau d'un conducteur de phase dans ladite ligne.

On appelle arc interne un défaut d'isolement entre un conducteur de phase et l'enveloppe métallique de la ligne, qui provoque un arc électrique et donc un courant de court-circuit entre la phase et la terre. Un arc interne provoque un échauffement du gaz et donc une augmentation de pression dans l'enveloppe. Il est normalement éliminé par la protection différentielle de jeu de barres en un temps suffisamment court (typiquement d'environ 60 msec, ce temps incluant l'émission de l'ordre de déclenchement et la coupure du courant de court-circuit par le disjoncteur) pour que ses conséquences soient limitées.

En cas de non fonctionnement de la protection différentielle de jeu de barres ou d'un disjoncteur associé, des protections de secours classiques sont généralement prévues pour éliminer le défaut. Toutefois, le temps nécessaire à l'élimination du défaut peut atteindre 1 sec à 1,5 sec, notamment dans le cas des départs de lignes aériennes à câbles quand ces départs sont équipés de protections différentielles de câble. En pareil cas, le défaut ne peut être éliminé que par des protections de surintensité éloignées. Bien que le temps d'élimination du défaut soit fonction du système de protection du réseau, il reste en général supérieur à 400ms.

Le maintien d'un défaut d'isolement pendant une telle durée de l'ordre de la seconde ou plus provoque généralement une forte augmentation de la pression du gaz isolant dans au moins un compartiment de gaz de la ligne. Une pression excessive peut provoquer l'ouverture d'un disque de rupture de l'enveloppe métallique et la libération de gaz chauds sous forte pression avec projection de matériaux en fusion, à fortiori si l'enveloppe est en plus perforée par l'arc interne. Une telle éventualité constitue alors un réel danger pour la sécurité du personnel de l'exploitant.

Une méthode simple pour limiter le risque d'expulsion de gaz chauds consiste à augmenter l'épaisseur de l'enveloppe, mais cette méthode n'empêche pas le maintien de l'arc interne dans le gaz. De plus, même si les limites de l'ouverture du disque de rupture et de la perforation de l'enveloppe sont reculées, le risque d'expulsion de gaz chauds n'est pas supprimé en cas de défaut de longue durée, puisque la pression du gaz continue à augmenter avec le maintien du défaut.

Une autre méthode consiste à dupliquer la protection différentielle de jeu de barres pour réduire le risque de non élimination du défaut. Il faut cependant noter que le risque de déclenchement intempestif de la fonction protection différentielle de jeu de barres est alors augmenté, ce que ne souhaitent pas les exploitants. En outre, des défauts de faible intensité

peuvent être inférieurs aux seuils de fonctionnement des protections différentielles de jeu de barres, comme expliqué plus loin. Ces défauts peuvent pourtant créer après quelques secondes des niveaux de surpression élevés pouvant entraîner une expulsion de gaz.

Les deux méthodes ci-dessus présentent donc chacune des inconvénients, sans compter le surcoût relativement important qu'elles impliquent.

L'invention a pour but de limiter le risque d'expulsion de gaz, et d'augmenter ainsi la sécurité vis à vis du personnel, par une méthode fiable et relativement économique.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle destiné à déclencher un système de protection de secours en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle suite à l'apparition d'un défaut électrique dans la ligne. Ce procédé est basé sur la mesure d'au moins deux grandeurs physiques indépendantes par des systèmes de mesure indépendants du système de protection différentielle, les mesures de chaque grandeur étant analysées pour produire un signal qui constitue un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne. Au cas où au moins deux indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent, un signal d'initialisation de déclenchement autorise une unité de déclenchement de la protection de secours à attendre un éventuel signal de validation qui sera généré si le défaut n'a pas été éliminé par le système de protection différentielle à l'issue d'une temporisation déterminée. Ce signal de validation entraîne la fermeture d'au moins un dispositif de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne.

Dans un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé de sécurisation selon l'invention, les deux grandeurs indépendantes suivantes sont mesurées : - la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne, - le courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne, la mesure de la pression du gaz étant utilisée d'une part pour produire un signal qui est pris en compte par un système d'entrées-sorties pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours et d'autre part pour localiser un défaut au niveau d'un compartiment de gaz au cas où ce signal constitue un indice de présomption de la présence d'un tel défaut.

La mesure du courant homopolaire peut être utilisée à la fois pour l'initialisation et pour la validation du déclenchement de la protection de secours. L'initialisation du déclenchement de la protection de secours peut aussi faire appel à la mesure de la tension électrique en différents points de chaque conducteur de phase dans la ligne.

L'invention a également pour objet un système de protection de secours mettant en oeuvre le procédé de sécurisation, caractérisé en ce qu'il comprend :

- au moins deux systèmes de mesure indépendants du système de protection différentielle, chaque système de mesure étant dédié à la mesure d'une grandeur physique et relié à un système comparateur permettant de comparer le signal de la mesure à un seuil déterminé afin de fournir un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne, - un système d'entrées-sorties ayant une fonction de circuit ET logique, qui reçoit en entrée des signaux logiques fournis par lesdits systèmes comparateurs et qui peut renvoyer en sortie un signal d'initialisation de déclenchement à une unité de déclenchement de la protection de secours, - des moyens de contrôle pour déterminer si un défaut a été éliminé par le système de protection différentielle à l'issue d'une temporisation déterminée suite à la présomption de la présence d'un tel défaut, ces moyens pouvant produire un signal de validation du déclenchement de la protection de secours à destination de l'unité de déclenchement, - un ou plusieurs dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre qui sont disposés dans la ligne et dont les commandes de fermeture peuvent recevoir un ordre de fermeture de ladite unité de déclenchement.

L'invention, ses caractéristiques et ses avantages, sont précisés dans la description qui suit en rapport avec les figures ci dessous.

La figure 1 est une représentation schématique d'une portion de ligne électrique à isolation au gaz, pour laquelle le procédé de sécurisation selon l'invention peut être mis en oeuvre.

La figure 2 est une illustration du principe général de fonctionnement du procédé de sécurisation selon l'invention.

La figure 3 est une illustration d'un mode particulier de réalisation du procédé de sécurisation selon l'invention, en cas de détection d'un défaut dans une ligne telle que représentée à la figure 1.

La figure 4 est une illustration du déclenchement d'une protection de secours dans le cadre du mode particulier de réalisation illustré à la figure 3.

Figure 1, une portion de ligne à isolation au gaz (4) est représentée schématiquement et comprend un conducteur 5 monophasé dans une enveloppe métallique remplie de gaz, pour chaque compartiment 6 délimité par des cônes d'isolation. La portion de ligne représentée est ici constituée d'un double jeu de barres relié à un départ par des sectionneurs d'aiguillage, selon un schéma classique. Un courant 1 parcourt un certain circuit en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage de la ligne. De façon classique, une telle ligne comprend des capteurs 8 de pression du gaz, répartis dans les différents compartiments 6. Parmi les dispositifs de surveillance de l'état d'une telle ligne, des transformateurs de potentiel 9 disposés par exemple sur le jeu de barres permettent de relever la tension de chaque phase.

Figure 2, un jeu de barre triphasé 3 d'une ligne à isolation au gaz est représenté avec des départs qui lui sont perpendiculaires. Les trois conducteurs de phase sont le plus souvent disposés chacun dans une enveloppe métallique distincte, mais il existe aussi des lignes où les conducteurs sont tous disposés dans une même enveloppe, la présente invention s'appliquant aussi bien aux deux types de construction. De façon classique, ce jeu de barres 3 est protégé contre les courants de défaut par un système de protection différentielle 2, auquel des transformateurs de courant transmettent la valeur des courants en module et en phase aux extrémités du noeud de courant que constitue le jeu de barres. Le système de protection différentielle effectue la somme vectorielle des courants, somme dont le module ne doit pas dépasser un certain seuil de fonctionnement proche de zéro, puisqu'en théorie cette somme vectorielle doit être nulle en l'absence de défaut dans la zone de jeu de barres couverte par le système. Le seuil de fonctionnement ne doit pas toutefois être réglé trop bas, pour ne pas provoquer de déclenchement intempestif de la protection du simple fait des erreurs statistiques sur la mesure du courant. En cas de dépassement de ce seuil, il est très probable qu'un véritable défaut soit apparu, et le système de protection différentielle déclenche alors l'ouverture d'un ou plusieurs disjoncteurs 17. Bien que les systèmes actuels de protection différentielle de jeu de barres parviennent à éliminer les défauts dans la plupart des situations, il peut néanmoins se produire des cas extrêmes où un défaut ne sera pas éliminé.

Tout d'abord, des défauts de faible intensité peuvent parfois être inférieurs aux seuils de fonctionnement des protections différentielles, et créer des niveaux de surpression dangereux. Ensuite, il pourrait arriver qu'un système de protection différentielle soit accidentellement désactivé pendant une maintenance, et qu'un défaut électrique tel qu'un arc interne survienne dans la ligne précisément pendant cette période de désactivation. Les conséquences pour le personnel de maintenance pourraient alors être dramatiques. Enfin, une défaillance du fonctionnement de la protection différentielle est également envisageable, et même si un système de protection a bien détecté un défaut, il se peut que le défaut ne soit pas éliminé si jamais un disjoncteur commandé par la protection différentielle ne se déclenche pas.

Afin d'améliorer encore la sécurité des systèmes de protection différentielle existants, la demanderesse se propose de détecter un défaut tel qu'arc interne qui ne serait pas éliminé rapidement, par des techniques totalement indépendantes du système de protection différentielle et du système de protection en général. A cet effet, des systèmes de mesure 10 indépendants du système de protection différentielle 2 sont utilisés pour mesurer au moins deux grandeurs physiques indépendantes, telles que Gl et G2, et chacune représentative de l'état de fonctionnement de la ligne. Ces grandeurs physiques peuvent être la pression de gaz dans chaque compartiment de la ligne, la tension électrique de chaque conducteur de phase, les ondes électromagnétiques UHF dans la ligne

(caractéristiques de décharges partielles annonciatrices d'un défaut), ou encore l'intensité lumineuse dans un compartiment (pour détecter un arc interne), sans que cette liste soit limitative. On s'interdit par contre d'utiliser la mesure du courant d'un transformateur de courant affecté au système de protection différentielle du jeu de barres, pour éviter tout défaut de mode commun avec ce système. En outre, la mesure d'au moins une grandeur physique doit être utilisable pour localiser un éventuel défaut, comme développé ci-après.

En cas d'apparition d'un arc interne qui n'est pas éliminé rapidement, la mesure 10' d'une grandeur physique présente alors des modifications caractéristiques qui constituent un fort indice de présomption de la présence d'un défaut dans la ligne. Par exemple, lorsqu'un défaut tel qu'un arc interne a lieu dans un compartiment de la ligne, la mesure de la pression du compartiment par au moins un capteur 8 croît brusquement. Cette mesure 10'est transmise à un système comparateur 11 qui permet de la comparer à un seuil spécifique déterminé et de fournir en sortie un signal 11'ci-après appelé signal de présomption et qui est fonction du résultat de cette comparaison. Ce signal de présomption 11'est de préférence normalisé sous une forme logique, et est envoyé sur une entrée d'un système d'entrées-sorties 12 capable de recouper les signaux qu'il reçoit en effectuant par exemple une opération de ET logique entre ses entrées. Ainsi, le franchissement du seuil spécifique à la mesure de la pression implique qu'un signal de présomption 11' correspondant à l'état logique"1"est envoyé par un système comparateur 11 sur une entrée logique du système 12. Afin de conclure à la présence d'un arc interne, au moins une autre grandeur est mesurée et transmise de façon similaire à un autre système comparateur 11, lequel renvoie lui aussi au système 12 un signal de présomption 11'qui est fonction du résultat de la comparaison de la mesure avec un seuil spécifique. Il convient à ce stade de préciser que les systèmes comparateurs 11 ne fonctionnent pas nécessairement tous sur le principe du franchissement d'un seuil déterminé. Un système 11 peut aussi analyser un spectre (par exemple en fréquence) du signal de mesure et le comparer à un spectre prédéfini, si la nature de la grandeur physique mesurée l'impose.

Pour la suite de la description, nous désignerons par circuit ET logique le système d'entrées-sorties 12. Lorsque un nombre n, correspondant aux n grandeurs mesurées, d'entrées du circuit ET logique 12 est passé de l'état logique"0"à l'état"l", ce circuit renvoie en sortie un signal 12'dans l'état logique"1". Cela signifie que tous les indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent, et que le système de protection de secours peut conclure à la présence d'un défaut avec une quasi certitude. Il est à noter qu'on peut aussi prévoir que la sortie du circuit ET logique passe à l'état logique"1"si au moins deux entrées sont à l'état"1", c'est à dire qu'il n'est pas forcément nécessaire d'utiliser toutes les grandeurs mesurées pour conclure à la présence d'un défaut.

Le signal 12'est envoyé à une unité de déclenchement 14 de la protection de secours, destinée à commander le déclenchement d'au moins un dispositif 16 de

sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne 4 au niveau du jeu de barres 3 ou des départs de ligne. Cette première étape de transmission d'un ordre à l'unité de déclenchement 14 constitue l'initialisation du déclenchement. Comme détaillé plus loin, le déclenchement effectif d'un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre n'est effectué qu'après une seconde étape de validation de l'ordre de déclenchement.

Plus le nombre n de grandeurs mesurées et utilisées augmente, plus la probabilité de détecter la présence d'un véritable défaut est importante en théorie. On peut toutefois considérer que la mesure de seulement deux grandeurs Gl et G2 indépendantes est suffisante pour conclure à la présence d'un défaut avec une quasi certitude, tout en limitant de façon satisfaisante le risque de fonctionnement intempestif du système de protection de secours. En effet, en l'absence d'un véritable défaut, il est très peu probable que deux systèmes de mesure 10 renvoient simultanément chacun un signal caractéristique de la présence d'un défaut, puisque les principes de mesure de ces systèmes 10 sont totalement dissociés. Il est entendu que même en cas de fonctionnement intempestif du système de protection de secours, il n'y aurait pas d'impact sur la sécurité mais simplement sur la continuité de service du poste sous enveloppe métallique.

Le système de protection de secours est destiné à être déclenché uniquement en cas de non fonctionnement du système de protection différentielle, incluant le non fonctionnement d'un disjoncteur commandé par la protection différentielle. Il serait en effet inutile et contraignant pour l'exploitant de déclencher la protection de secours avant de savoir si la protection différentielle a effectivement éliminé le défaut.

Ainsi, il est nécessaire de laisser à la protection différentielle le temps de se déclencher avant de décider si les dispositifs 16 de sectionnement rapide de mise à la terre doivent être commandés. Autrement dit, il est nécessaire de prévoir une temporisation Td suffisante qui est fonction notamment de la rapidité de déclenchement de la protection différentielle et au delà de laquelle des moyens de contrôle sont mis en oeuvre pour vérifier si le défaut a été éliminé par cette protection. Cette temporisation peut être engagée à un instant to par un signal logique 11'caractéristique de la présence d'un défaut et fonction de la mesure d'une grandeur donnée comme par exemple la tension. Ensuite, si à un instant t, le circuit ET logique renvoie en sortie un signal 12'dans l'état logique"1"à l'unité de déclenchement 14, cette unité ne pourra commander les dispositifs 16 qu'à partir de l'instant to+Td, et à la condition qu'elle reçoive une information de validation de l'ordre de déclenchement selon laquelle le défaut n'a pas été éliminé. Pour certaines configurations du réseau de distribution associé au jeu de barres, cette information peut être obtenue par des moyens de contrôle qui procèdent à la mesure des mêmes grandeurs indépendantes que celles déjà utilisés pour obtenir les indices de présomption de la présence d'un défaut. Pour d'autres configurations, il peut être nécessaire que ces moyens de contrôle procèdent à la mesure d'au moins une autre grandeur indépendante.

Pour illustrer ce qui précède, prenons le cas où seules deux grandeurs indépendantes G 1 et G2 sont mesurées, correspondant respectivement à la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne et à la tension électrique relevée sur les transformateurs de tension de tous les départs chacun reliés électriquement à un compartiment par un disjoncteur. Comme expliqué plus loin au commentaire de la figure 3, la mesure de ces deux grandeurs indépendantes est suffisante pour conclure le cas échéant à la présence d'un défaut dans un compartiment de la ligne. En pareil cas se pose ensuite le problème d'obtenir une information pour savoir si le défaut a été éliminé à la fin de la temporisation Td. On peut alors distinguer deux cas en fonction de la configuration du réseau : - si le réseau est maillé, il suffit de constater que la tension électrique relevée sur au moins un transformateur de tension d'un départ relié électriquement au compartiment du défaut n'est pas revenue à sa valeur nominale, c'est à dire reste inférieure à un seuil déterminé, pour conclure que le disjoncteur situé entre ce transformateur de tension et le défaut n'a pas fonctionné et fournir un signal selon lequel le défaut n'a pas été éliminé ; - si le réseau n'est pas maillé, un disjoncteur situé entre le défaut et un transformateur de tension d'un départ peut avoir fonctionné sans entraîner pour autant le rétablissement de la tension nominale au niveau du transformateur, puisque le départ est alimenté uniquement via le compartiment où s'est produit le défaut. Dans ce cas, le maintien de la tension basse n'est pas significatif d'un mauvais fonctionnement de la protection différentielle puisque le disjoncteur a effectivement coupé le courant. Il est alors nécessaire de faire appel à la mesure d'au moins une autre grandeur indépendante pour obtenir une information sur l'élimination ou le maintien du défaut et pour valider en conséquence le déclenchement de la protection de secours.

Il existe une méthode fiable pour obtenir cette information et valider le déclenchement, pouvant être utilisée quelle que soit la configuration du réseau et notamment en l'absence de maillage du réseau. Elle consiste à prévoir des moyens de contrôle qui effectuent la mesure du courant homopolaire, c'est à dire du courant qui circule dans l'arc, aussi appelé courant de terre. Une partie de ce courant homopolaire se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres, ce neutre étant généralement mis directement à la terre pour les jeux de barres à isolation au gaz de tension supérieure ou égale à 72.5 kV. La partie restante se referme par le sol jusqu'au neutre d'au moins un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne. Le courant Ih qui remonte par le neutre du transformateur de puissance situé dans le poste peut être mesuré par un transformateur de courant entourant la connexion du neutre à la terre, comme représenté schématiquement à la figure 4. Il peut aussi être mesuré en effectuant la somme des courants de phase qui en

théorie est égale à 3xIh, de même que pour mesurer la partie du courant homopolaire qui remonte par le neutre du transformateur de puissance situé en extrémité de ligne.

Les mesures des deux parties du courant homopolaire peuvent éventuellement être cumulées même si la mesure d'une seule partie est suffisante dans la plupart des cas. Ces mesures sont particulièrement fiables car le courant homopolaire n'existe que si le défaut est présent, et disparaît par conséquent avec le défaut. Le courant homopolaire est ainsi comparativement plus exploitable pour la validation du déclenchement de la protection de secours que la tension du jeu de barres dont l'état devient bas pendant le défaut mais reste bas même après que ce défaut ait disparu.

Il existe encore d'autres méthodes fiables pour obtenir une information sur l'élimination ou le maintien du défaut et valider le déclenchement, pouvant être utilisées comme alternative ou en complément de la mesure du courant homopolaire. Par exemple, la mesure des courants de phase est parfaitement utilisable sans effectuer la somme de ces courants, à condition de régler des seuils de détection de surintensité (ou court-circuit) de courant de phase au dessus de la valeur du courant nominal. Même si cette méthode ne permet pas de mesurer des défauts résistants, cela ne constitue pas un problème pour l'application à des lignes à isolation gazeuse puisque il n'y a pas de défauts résistants dans de telles lignes dont les enveloppes métalliques sont mises à la terre et dans lesquelles les éventuels arcs électriques sont toujours de faible longueur. Cette méthode est toutefois moins sensible que celle utilisant la mesure du courant homopolaire, du fait du niveau relativement élevé des seuils de détection.

Il convient de préciser que la mesure du courant homopolaire, de même que la mesure des courants de phase, fait appel à des transformateurs de courant toujours autres que ceux utilisés par la protection différentielle de jeu de barres. D'autre part, ces transformateurs de courant et leur électronique associée sont systématiquement alimentés par une batterie n'ayant aucun lien avec le système de protection différentielle. Il n'y a donc pas de risque de défaut de mode commun entre la protection de secours selon l'invention et la protection différentielle de jeu de barres.

Dans l'exemple illustré à la figure 2, on peut mesurer une troisième grandeur G3 en plus de la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne et de la tension électrique au niveau du jeu de barres ou des départs. Comme expliqué précédemment pour la validation du déclenchement de la protection de secours, il est avantageux de mesurer comme grandeur G3 le courant homopolaire sur les transformateurs de puissance connectés au jeu de barres et sur les départs de ligne. Il est à noter que ce courant homopolaire apparaissant en même temps que le défaut, sa mesure peut être utilisée non seulement pour la validation mais aussi pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours, auquel cas la mesure de la tension apparaît

comme facultative pour conclure à la présence d'un défaut lors de l'initialisation du déclenchement.

La validation de l'ordre initial de déclenchement de la protection de secours peut s'effectuer par le même processus que l'initialisation ayant abouti à cet ordre, c'est à dire en effectuant à un instant to+Td la même opération ET logique que celle déjà effectuée à l'instant t, avec les indices de présomption de la présence d'un défaut obtenus à partir des mêmes grandeurs mesurées. Toutefois, pour ce processus de validation, il n'est pas indispensable de reconsidérer les indices de présomption pour toutes les grandeurs initialement mesurées. On peut par exemple considérer qu'il n'y aura pas d'augmentation significative du risque de déclenchement intempestif de la protection de secours si seule la mesure du courant homopolaire est prise en compte pour la validation. Il n'est donc pas indispensable que le signal de validation envoyé à l'unité de déclenchement 14 à l'instant to+Td soit un signal 13 provenant du circuit ET logique 12 comme représenté sur la figure 2. Dans une variante de réalisation non représentée, le signal logique 11'fourni en sortie d'un système comparateur 11 peut être dérivé vers l'unité de déclenchement 14 pour la validation d'un ordre de déclenchement.

Le circuit électronique utilisé pour cette validation peut être réalisé de différentes façons et sans difficulté particulière par un homme du métier qui saura choisir la configuration appropriée en fonction des grandeurs mesurées et des composants utilisés.

L'objectif du circuit de validation de l'ordre initial de déclenchement est toujours le même : dans un cas extrême où le système de protection différentielle n'a pas fonctionné correctement à l'issue d'une temporisation donnée, l'unité de déclenchement 14 doit commander le déclenchement d'au moins un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre.

Au moins un dispositif 16 est prévu par conducteur de phase de la ligne, le nombre de ces dispositifs dépendant de la configuration de la zone de jeu de barres couverte par le système de protection différentielle 2. L'unité de déclenchement 14 est reliée à tout les dispositifs 16 affectés à la sécurisation d'un système 2 donné. La mesure d'une ou plusieurs grandeurs physiques est utilisée par des moyens de localisation du défaut, et l'information de localisation est transmise à l'unité 14 qui détermine le ou les dispositifs 16 à déclencher pour éliminer le défaut ou tout au moins l'atténuer suffisamment pour qu'il ne génère plus d'augmentation excessive de la pression du gaz.

De préférence, l'unité 14 recoupe cette information de localisation du défaut avec des informations qu'elle reçoit sur la topologie du circuit électrique en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage de la ligne, l'unité étant aussi renseignée sur la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre 16 disposés dans la ligne. Ce recoupement d'informations permet de commander le déclenchement d'un nombre limité de dispositifs 16 qui peuvent éliminer ou atténuer le

défaut compte tenu de la topologie d'état du circuit au moment où ce défaut est détecté.

Ainsi, seuls le ou les dispositifs 16 qui sont les plus proches du compartiment où le défaut a été localisé et qui sont électriquement reliés à ce compartiment reçoivent un ordre de fermeture en cas de déclenchement de la protection de secours. De préférence, les dispositifs 16 sont prévus pour qu'un un ordre de fermeture ne soit envoyé qu'à un seul d'entre eux pour relier électriquement à la terre le conducteur de phase sur lequel s'est produit le défaut.

Pour notamment des raisons de coût, les dispositifs 16 de sectionnement rapide de mise à la terre sont préférentiellement des sectionneurs à couteaux pré armés de type connu, qui peuvent donc être déclenchés sans nécessiter d'apport en énergie. Ceci présente en outre des avantages en terme de fiabilité et de rapidité de déclenchement. Par contre, une intervention est nécessaire au niveau du compartiment où un tel sectionneur s'est déclenché, après l'élimination du défaut, pour réarmer ou remplacer ce sectionneur de mise à la terre.

Le système de protection de secours selon l'invention est préférablement alimenté de façon autonome, et en tout cas n'est pas alimenté par les transformateurs de courant qui alimentent habituellement la protection différentielle de jeu de barres. En effet, ces transformateurs pourraient avoir été inhibés par erreur, par exemple en cas de maintenance, et alors à la fois la protection différentielle et la protection de secours seraient rendues inopérantes dans le cas d'une alimentation commune aux deux protections. De même, la polarité d'alimentation du système de protection de secours doit être différente de la polarité d'alimentation du système de protection différentielle de jeu de barres afin de réduire le risque de défaut de mode commun entre les deux systèmes.

Il va de soi que divers éléments fonctionnels du système de protection de secours, tels que le système d'entrées-sorties 12 ou encore l'unité de déclenchement 14, peuvent être intégrés dans une même unité de protection et disposer d'une alimentation commune.

D'autre part, un système comparateur 11 peut être intégré dans un même appareillage que le capteur auquel il est relié, cet appareillage formant alors un relais de protection affecté à la grandeur mesurée.

Figure 3, la ligne 4 monophasée à isolation au gaz, dont une portion est représentée à la figure 1, est équipée d'un système de protection différentielle non représenté qui est sécurisé par un système de protection de secours selon l'invention. Un disjoncteur 17 de protection différentielle est disposé en aval des sectionneurs d'aiguillage du jeu de barres. La pression P du gaz isolant dans les différents compartiments (Cl, C2, C3, C4) de la ligne ainsi que la tension électrique U du conducteur de phase dans la ligne sont ici mesurées pour la mise en oeuvre du procédé de sécurisation selon l'invention. Le choix de ces grandeurs est motivé notamment par le fait que les systèmes de mesure utilisés sont généralement déjà installés pour la surveillance du fonctionnement de la ligne. Par

exemple, les capteurs de pression 8 sont généralement intégrés chacun dans un capteur de surveillance de la densité du gaz. En outre, la mesure de la pression est utilisable pour localiser un éventuel défaut tel qu'un arc interne 7 au niveau d'un compartiment de gaz.

L'utilisation des capteurs de pression 8 et des transformateurs de potentiel 9 déjà présents sur la ligne permet ainsi de limiter le coût de l'installation du système de protection de secours selon l'invention.

Ainsi que décrit précédemment, chaque signal 10'de mesure de la pression P ou de la tension U est envoyé à un système comparateur 11 permettant de le comparer à un seuil spécifique déterminé et de fournir en sortie un signal logique qui est envoyé sur une entrée d'un circuit ET logique 12. La valeur de la pression est normalement quasi-constante sur une courte période, et l'apparition d'un arc interne 7 provoque une rapide augmentation de pression au moins dans le compartiment C2 où s'est produit l'arc. Le signal qui est transmis par au moins un capteur de pression 8 à un système comparateur 11 dépasse ainsi rapidement le seuil de pression pour lequel ce comparateur 11 est réglé.

Parallèlement à l'augmentation de la pression du gaz, l'arc interne 7 provoque une fuite de courant Il entre le conducteur de phase et l'enveloppe métallique reliée à la terre. Le courant I transitant par le jeu de barres augmente donc de façon importante pour pouvoir alimenter le départ de la ligne avec un courant Ice qui provoque une chute de la tension U. Un système comparateur 11, qui fonctionne comme un relais à minimum de tension, est réglé sur un seuil déterminé pour que la valeur absolue de la tension U reste inférieure à ce seuil en cas de chute de tension. Ce comparateur fournit en sortie un signal logique"1"si la tension mesurée reste inférieure au seuil pendant une durée minimale. En effet, la chute de tension laisse présumer la présence d'un arc interne à condition qu'elle se distingue du passage par zéro de la tension de la ligne en condition normale de fonctionnement. Par exemple, pour une ligne en 50 Hz, une durée comprise entre 5 et 10 ms pendant laquelle la tension reste faible est dans la plupart des cas suffisante pour présumer qu'un arc interne s'est produit, auquel cas un signal logique"1"est envoyé sur une entrée du circuit ET logique 12.

Au moment où il détecte une chute de tension à un instant to le système comparateur 11 envoie à l'unité de déclenchement 14 un signal de départ d'une période de

temporisation Td de l'ordre de 100 à 150 ms à la suite de laquelle un éventuel signal de validation de l'ordre initial de déclenchement pourra être pris en compte. Quelques dizaines de millisecondes tout au plus après l'instant to'l'ordre initial de déclenchement représenté par le signal 12'parvient à l'unité 14 à un instant t, qui est fonction notamment des seuils fixés pour les comparateurs 11 et qui est toujours antérieur à l'instant to+Td.

Dans le cas illustré, la chute de tension détectée à l'instant to est suivie du franchissement d'un seuil de pression dans le compartiment C2 où le défaut est apparu, franchissement qui est détecté par un système comparateur 11 affecté au signal de pression. Les indices de

présomption de la présence d'un défaut obtenus par les mesures de la tension et de la pression sont ensuite recoupés par le circuit ET logique 12 et permettent l'envoi du signal 12'à l'unité de déclenchement 14.

Le système de protection de secours comprend ici un système de reconnaissance 19 de la topologie d'état du jeu de barres en fonction de l'état ouvert ou fermé de chaque sectionneur d'aiguillage dans la zone de jeu de barres couverte par le système de protection différentielle. Une fois l'arc interne 7 localisé dans le compartiment C2 grâce aux signaux des capteurs de pression 8, le système de reconnaissance 19 renseigne l'unité de déclenchement 14 qui détermine alors le ou les dispositifs 16 les plus proches dont le déclenchement permettra de court-circuiter par bipasse cet arc 7. Dans la configuration représentée sur la figure, la topologie d'état représentée sur le système 19 montre que le positionnement du sectionneur de mise à la terre 16 sur le jeu de barres dans le compartiment Cl est adéquat pour court-circuiter l'arc interne.

De façon générale, dans le cas d'un jeu de barres blindé polyphasé avec une ligne monophasée par phase comme représenté sur la figure, il suffit de fermer un seul sectionneur de mise à la terre 16 choisi en fonction de la topologie des sectionneurs d'aiguillage et du compartiment où un défaut est détecté.

Figure 4, le disjoncteur 17 du système de protection différentielle ne s'est pas ouvert à l'issue de la temporisation Td. Le défaut que constitue l'arc interne 7 n'a pas été éliminé, et un signal de validation 13 de l'ordre initial de déclenchement pour la commande d'au moins un dispositif 16 de sectionnement rapide de mise à la terre est transmis à l'unité de déclenchement 14. Ce signal de validation est basé ici sur la mesure de la partie Ih du courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance 15 situé dans le poste connecté au jeu de barres, comme représenté sur le diagramme à gauche de la figure. Un transformateur de courant 20 est affecté à la mesure de ce courant homopolaire Ih, cette mesure étant analysée par un système comparateur pouvant produire un signal de validation dès lors que la valeur mesurée dépasse un seuil déterminé. Le transformateur de courant 20 et son système comparateur associé fonctionnent comme un relais de courant homopolaire.

L'unité de déclenchement 14 est autorisée à prendre en compte le signal de validation 13 à l'instant to+Td correspondant à la fin de la temporisation Td. Il en résulte qu'à l'instant tO+Td ou quelques millisecondes plus tard, un signal de déclenchement 18 est envoyé par l'unité 14 à la commande de fermeture d'au moins un sectionneur 16 de mise à la terre. Dans l'exemple de la figure, le sectionneur commandé est situé dans le compartiment C1.

La fermeture de ce sectionneur 16 provoque un fort courant de court-circuit 13 de la phase à la terre, qui accentue encore la baisse de tension causée par l'arc 7. L'intensité IS du courant homopolaire, c'est à dire du courant qui circule dans l'arc 7, se voit par

conséquent fortement réduite et l'arc ne génère alors plus d'augmentation de pression significative. Pendant le temps nécessaire à l'arrêt de l'alimentation du jeu de barres, c'est à dire tant qu'il subsiste un courant I'alimentant le courant de court-circuit 13, le risque d'expulsion de gaz chauds est très faible puisque l'augmentation de pression du gaz a été maîtrisée grâce au système de protection de secours selon l'invention.

Comme expliqué précédemment, la mesure du courant homopolaire peut être utilisée non seulement pour la validation mais aussi pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours, auquel cas la mesure de la tension n'est pas indispensable. Il convient toutefois de préciser que la présence d'un courant homopolaire n'est pas suffisante à elle seule pour conclure à la présence d'un défaut dans le poste sous enveloppe métallique surveillé par la protection différentielle. En effet, un courant homopolaire peut circuler dans le réseau en cas de défaut extérieur au poste concerné par la protection. Il est donc nécessaire d'associer à la mesure du courant homopolaire la mesure d'une autre grandeur qui ne fournira un indice de présomption de la présence d'un défaut qu'en cas de défaut dans le poste concerné, ce qui est le cas pour la mesure de la pression.

En variante du mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4, on peut se passer de la mesure de la tension et relier la sortie d'un relais numérique de courant homopolaire à une entrée du système d'entrées-sorties 12. Le départ de la temporisation Td peut être enclenché par ce relais numérique, ou peut aussi être donné par un relais numérique de pression ou par le système d'entrées-sorties 12 dès lors que le recoupement des signaux d'entrée permet de conclure à la présence d'un défaut. Bien entendu, la valeur de cette temporisation T peut être ajustée en fonction de la solution retenue pour enclencher son départ.

Claims

REVENDICATIONS 1/Procédé de sécurisation d'un système de protection différentielle (2) de jeu de barres (3) dans une ligne à isolation gazeuse (4), pour la mise en oeuvre d'une protection de secours destinée à être déclenchée en cas de non fonctionnement dudit système de protection différentielle (2) suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne (7) au niveau d'un conducteur de phase (5) dans ladite ligne, ladite protection de secours visant à empêcher le maintien dudit défaut pour éviter une augmentation excessive de la pression du gaz isolant dans au moins un compartiment de gaz (6) de ladite ligne (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) au moins deux grandeurs physiques (G1, G2, Gn) indépendantes et représentatives de l'état de fonctionnement de la ligne sont mesurées, la mesure d'au moins une grandeur physique étant utilisable pour localiser sur quel conducteur de phase (5) et/ou dans quel compartiment de gaz (6) de la ligne (4) s'est produit un défaut, les mesures étant effectuées par des systèmes de mesure (10) indépendants du système de protection différentielle (2) ; b) la mesure de chaque grandeur est analysée par un système comparateur (11) permettant de produire un signal (11') dit de présomption qui est fonction de la comparaison de ladite mesure avec un seuil spécifique ou avec un signal de référence déterminé, ledit signal de présomption constituant un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne ; c) au moins deux signaux (11') de présomption sont transmis à un système d'entréessorties (12) de façon à pouvoir conclure à la présence d'un défaut dans la ligne au cas où les indices de présomption de la présence d'un défaut se recoupent ; d) si l'étape précédente c) conclut à la présence d'un défaut, le système d'entrées-sorties (12) produit un signal (12') d'initialisation de déclenchement qui autorise une unité de déclenchement (14) de la protection de secours à attendre un éventuel signal (13) de validation du déclenchement, e) des moyens de contrôle sont mis en oeuvre pour déterminer si le défaut a été éliminé par le système de protection différentielle (2) à l'issue d'une temporisation déterminée ; f) si les moyens de contrôle attestent que le défaut n'a pas été éliminé, un signal (13) de validation du déclenchement de la protection de secours est produit à destination de l'unité de déclenchement (14) qui envoie en conséquence un ordre de fermeture (18) pour la commande d'au moins un dispositif (16) de sectionnement rapide de mise à la terre disposé dans la ligne (4), afin qu'au moins un conducteur de phase soit électriquement relié à la terre suite audit ordre de fermeture.

2/Procédé de sécurisation selon la revendication 1, dans lequel les deux grandeurs indépendantes suivantes sont mesurées : - la pression du gaz isolant dans les différents compartiments de la ligne,

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- le courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne, et dans lequel la mesure de la pression du gaz est utilisée d'une part pour produire un signal (11') de présomption qui est pris en compte par le système d'entrées-sorties (12) pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours et d'autre part pour localiser un défaut au niveau d'un compartiment de gaz au cas où ledit signal de présomption constitue un indice de présomption de la présence d'un tel défaut ; 3/Procédé de sécurisation selon la revendication 2, dans lequel la mesure du courant homopolaire est utilisée à la fois pour l'initialisation et pour la validation du déclenchement de la protection de secours.
4/Procédé de sécurisation selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel la mesure de la tension électrique en différents points de chaque conducteur de phase dans la ligne est utilisée pour l'initialisation du déclenchement de la protection de secours.

51 Procédé de sécurisation selon la revendication 4 dans lequel un signal d'initialisation de déclenchement de la protection de secours est produit si la pression de gaz isolant mesurée devient supérieure à un seuil déterminé et si la tension mesurée reste inférieure en valeur absolue à un seuil déterminé.
6/Procédé de sécurisation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le système de protection de secours comprend des moyens (19) de reconnaissance de la topologie d'état de l'ensemble des sectionneurs de la ligne et de la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) disposés dans la ligne, et dans lequel lesdits moyens de reconnaissance coopèrent avec des moyens de localisation du défaut pour renseigner l'unité de déclenchement (14), afin que seuls le ou les dispositifs de sectionnement rapide (16) qui sont les plus proches du compartiment (6) où le défaut a été localisé et qui sont électriquement reliés à ce compartiment reçoivent un ordre de fermeture (18) en cas de déclenchement de la protection de secours.
7/Procédé de sécurisation selon la revendication 6, dans lequel un seul dispositif de sectionnement rapide (16) reçoit un ordre de fermeture (18) pour relier électriquement à la terre le conducteur de phase sur lequel s'est produit le défaut.
8/Système de protection de secours pour un système de protection différentielle (2) de jeu de barres (3) dans une ligne à isolation gazeuse (4), destiné à être déclenché en cas de non fonctionnement dudit système de protection différentielle (2) suite à l'apparition d'un défaut électrique tel qu'un arc interne (7) au niveau d'un conducteur de phase (5) dans un compartiment de gaz (6) de ladite ligne, caractérisé en ce qu'il comprend :

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- au moins deux systèmes de mesure (10) indépendants du système de protection différentielle (2), chaque système de mesure (10) étant dédié à la mesure d'une grandeur physique (G1, G2, Gn) et relié à un système comparateur (11) permettant de comparer le signal (10') de ladite mesure à un seuil déterminé afin de fournir un indice de présomption de la présence ou de l'absence d'un défaut dans la ligne (4), - un système d'entrées-sorties (12) ayant une fonction de circuit ET logique, qui reçoit en entrée des signaux logiques (11') fournis par lesdits systèmes comparateurs (11) et qui peut renvoyer en sortie un signal d'initialisation de déclenchement (12') à une unité de déclenchement (14) de la protection de secours, - des moyens de contrôle (10,20, 11) pour déterminer si un défaut a été éliminé par le système de protection différentielle (2) à l'issue d'une temporisation déterminée suite à la présomption de la présence d'un tel défaut, lesdits moyens pouvant produire un signal (13) de validation du déclenchement de la protection de secours à destination de l'unité de déclenchement (14), - un ou plusieurs dispositifs (16) de sectionnement rapide de mise à la terre qui sont disposés dans la ligne et dont les commandes de fermeture peuvent recevoir un ordre de fermeture (18) de ladite unité de déclenchement (14).
9/Système de protection selon la revendication 8, dans lequel le système comprend en outre des moyens de localisation du compartiment de gaz (6) où s'est produit le défaut ainsi que des moyens (19) de reconnaissance de la topologie d'état de l'ensemble des sectionneurs de la ligne et de la topologie des dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) disposés dans la ligne, et dans lequel lesdits moyens coopèrent pour transmettre à l'unité de déclenchement (14) une information déterminant le ou les dispositifs de sectionnement rapide (16) qui doivent recevoir un ordre de fermeture (18) de ladite unité (14).
10/Système de protection selon la revendication 9, dans lequel les systèmes de mesure (10) comprennent des capteurs (8,9) de pression de gaz des compartiments (6) et de tension du ou des conducteurs de phase (5) de la ligne, et dans lequel lesdits capteurs sont utilisés par lesdits moyens de localisation pour déterminer le compartiment de gaz (6) ainsi que le conducteur de phase (5) où s'est produit le défaut.
11/Système de protection selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel le système comprend des moyens (20) de mesure du courant homopolaire qui se referme par le réseau de terre jusqu'au neutre du transformateur de puissance situé dans le poste connecté au jeu de barres et/ou jusqu'au neutre d'un transformateur de puissance situé en extrémité de ligne.

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12/Système de protection selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel les dispositifs de sectionnement rapide de mise à la terre (16) sont des sectionneurs à couteaux pré armés.