FR2936319A1 - Current line ground fault directional-detection device for three-phase network in ground protection relay, has calculation device to calculate average and standard deviation, and comparison device to compare average and deviation - Google Patents
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Abstract
Description
DETECTION DIRECTIONNELLE D'UN DEFAUT A LA TERRE PAR CORRELATION LINEAIRE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne la détection directionnelle d'un défaut à la terre sans mesure de tension de la ligne. En particulier, l'invention est relative à un procédé de détection d'un défaut à la terre dans un réseau permettant en outre de déterminer si le défaut à la terre est localisé en amont ou en aval du point de détection. Le procédé selon l'invention repose sur les seuls signaux représentatifs des courants de chaque phase du réseau, dont le traitement résulte en paramètres permettant la localisation directionnelle. The invention relates to the directional detection of a ground fault without measuring the voltage of the line. In particular, the invention relates to a method for detecting a ground fault in a network which also makes it possible to determine whether the earth fault is located upstream or downstream of the detection point. The method according to the invention is based on the only signals representative of the currents of each phase of the network, whose processing results in parameters allowing the directional localization.
Sous un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de détection apte à mettre en oeuvre le procédé précédent. En particulier, le dispositif de détection directionnelle de défaut à la terre comprend des moyens permettant de calculer des paramètres à partir des signaux de courant de chaque phase, l'interprétation desdits paramètres donnant la localisation relative du défaut sans utiliser de valeurs représentatives de la tension entre phases, ni de valeurs représentatives des tensions simples. In another aspect, the invention relates to a detection device adapted to implement the above method. In particular, the directional earth fault detection device comprises means for calculating parameters from the current signals of each phase, the interpretation of said parameters giving the relative location of the fault without using values representative of the voltage. between phases, nor of values representative of simple voltages.
L'invention concerne enfin un dispositif de signalisation de défaut et un relai de déclenchement comprenant des capteurs de courant associés à chaque phase du réseau et fournissant au dispositif de détection précédent les signaux permettant la signalisation, par exemple par voyant, ou le déclenchement d'un dispositif de coupure du réseau. Finally, the invention relates to a fault signaling device and a tripping relay comprising current sensors associated with each phase of the network and providing the preceding detection device with the signals enabling the signaling, for example by light, or the triggering of a cut-off device of the network.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Les dispositifs de détection de défaut à la terre sont notamment utilisés dans les réseaux de distribution électrique triphasés moyenne tension. La figure 1 représente ainsi un schéma d'un réseau 1 de distribution électrique qui comporte un translbrmateur 2 triphasé dont le secondaire est connecté à une ligne principale 3 de distribution ; le secondaire comporte par ailleurs un conducteur commun de neutre 4 généralement connecté à la terre par une impédance. La ligne principale 3 alimente des lignes de départ 5, 5', 5". dont certaines peuvent comporter en tête un disjoncteur ou autre dispositif de coupure 6 les protégeant. Les lignes de départ 5', ou des tronçons de ligne 5, peuvent comprendre un dispositif 7 de détection de défaut à la terre. Le dispositif 7 peut servir d'indicateur de passage de défaut, allumant par exemple un voyant lumineux 8 ; un dispositif 7- peut par ailleurs être associé ou intégré à un relai de protection 9 apte à commander Louverture des contacts du disjoncteur 6. Ground fault detection devices are particularly used in medium-voltage three-phase electrical distribution networks. FIG. 1 thus represents a diagram of an electrical distribution network 1 which comprises a three-phase translragmator 2 whose secondary is connected to a main distribution line 3; the secondary further comprises a neutral common conductor 4 generally connected to the earth by an impedance. The main line 3 feeds the start lines 5, 5 ', 5 ", some of which may have a circuit breaker or other cut-off device 6 protecting them at the beginning of the line 5. The starting lines 5', or line sections 5, may comprise a device 7 for detecting an earth fault The device 7 can serve as a fault passing indicator, for example lighting a warning light 8, a device 7 can also be associated with or integrated with a protective relay 9 capable of to order Opening of circuit breaker contacts 6.
Idéalement, le réseau l est équilibré, c'est-à-dire que le courant homopolaire Io qui y circule est nul ; par courant homopolaire Io, (ou zero sequence current selon la terminologie anglo-saxonne), on entend, à un éventuel facteur trois près, la sommation vectorielle des différents courants de phase, ou encore le courant correspondant à la résultante instantanée des courants de phase, parfois appelé courant résiduel, qui correspond éventuellement au courant de défaut à la terre ( gr)und default current selon la terminologie anglo-saxonne) ou au courant de fuite. Si une des phases est accidentellement mise à la terre, cet équilibre disparaît en ava:. du défaut 10 : la détection d'un défaut peut ainsi consister, tel qu'illustré en figure 2A, en la mesure du courant homopolaire Io, par exemple par un tore 11 entourant la ligne 5, et la comparaison du signal représentatif dudit courant Io avec un seuil Sd, le dépassement du seuil étant compris comme la détection D d'un défaut 10. Alternativement, le courant de défaut à la terre Io peut être obtenu par sommation des signaux de courant de chaque phase, un capteur de courant 12 étant alors localisé sur chaque conducteur de la ligne 5 (voir figures 2B et 2C). Ideally, the network l is balanced, that is to say that the homopolar current Io circulating therein is zero; by homopolar current Io, (or zero sequence current according to the English terminology) is meant, to a possible factor three, the vector summation of the different phase currents, or the current corresponding to the instantaneous resultant of the phase currents , sometimes called residual current, which possibly corresponds to the earth fault current (gr) and default current according to the English terminology) or to the leakage current. If one of the phases is accidentally grounded, this equilibrium disappears. of the defect 10: the detection of a defect can thus consist, as illustrated in FIG. 2A, in the measurement of the homopolar current Io, for example by a torus 11 surrounding the line 5, and the comparison of the signal representative of said current Io with a threshold Sd, the exceeding of the threshold being understood as the detection D of a fault 10. Alternatively, the earth fault current Io can be obtained by summing the current signals of each phase, a current sensor 12 being then located on each conductor of the line 5 (see Figures 2B and 2C).
Cependant, et en particulier si les ligies de départ 5 sont des câbles enterrés, de fortes valeurs de capacité peuvent apparaître entre les conducteurs de ligne 5A, 5B, 5c et la terre. However, and particularly if the starting ligaments are buried cables, high capacitance values may occur between the line conductors 5A, 5B, 5c and the ground.
Ainsi, en cas de présence d'un défaut 10 à la terre sur une ligne 5, des capacités 13 sont à l'origine de la circulation d'importants courants homopolaires Io sur les autres lignes de départ 5', 5" (qui ne présentent pas de défaut à la terre), ou en aval du défaut 10. Ces (relativement) forts courants de défaut Io peuvent être à l'origine de fausses détections par les dispositifs de détection 7 présents sur les lignes voisines 5' non défaillantes. Thus, in the case of the presence of a fault 10 on the ground on a line 5, capacitors 13 are at the origin of the circulation of large homopolar currents Io on the other starting lines 5 ', 5 "(which does not have no earth fault), or downstream of the fault 10. These (relatively) strong fault currents Io can be the cause of false detections by the detection devices 7 present on the neighboring lines 5 'not faulty.
Il importe donc de distinguer un défaut 10 localisé en aval d-a dispositif de détection 7;, d'un défaut 10 en amont du dispositif 7;+- qui peut détecter de fait une défaillance d'un départ voisin par liaison capacitive ; cette différenciation n'est pas réalisable par le dispositif schématisé en figure 2A, surtout dans le cas d'un réseau 1 à neutre compensé (c'est-à-dire que le neutre 4 est mis à la terre par une bobine de compensation) qui génère un courant résiduel Io de valeur insuffisante, en particulier dans le cas de câbles 5 enterrés. It is therefore important to distinguish a fault 10 located downstream of a detection device 7 ;, a fault 10 upstream of the device 7; + - which can detect de facto a failure of a neighbor departure by capacitive link; this differentiation is not feasible by the device shown diagrammatically in FIG. 2A, especially in the case of a compensated neutral network 1 (that is to say that the neutral 4 is grounded by a compensation coil) which generates a residual current Io of insufficient value, in particular in the case of buried cables.
Pour de telles détections directionnelles de défaut, les dispositifs de détection 7, tel qu'illustré plus précisément en figure 2B, se basent sur la mesure du courant mais aussi de la tension de la ligne 5. Le système de détection comprend ainsi des capteurs de courant 12A, 12B, 12C fournissant les signaux représentatifs des courants IA, IB, IC circulant dans chacune des phases de la ligne 5 et des capteurs de tension l 4A, 14B, 14C, se présentant notamment sous la forme de transformateurs de tension, qui fournissent des signaux représentatifs des tensions VA, VB, VC de chaque conducteur de phase. Le dispositif de détection 7 comprend des moyens 15 qui conditionnent les données desdits capteurs 12, 14 et un module de traitement 16 qui, sur la base des signaux représentatifs du courant homopolaire Io et de la tension homopolaire Vo ainsi obtenus, permet de détecter à la fois la présence D et la localisation relative L d'un défaut 10. For such directional fault detections, the detection devices 7, as illustrated more precisely in FIG. 2B, are based on the measurement of the current but also of the voltage of the line 5. The detection system thus comprises current 12A, 12B, 12C supplying the signals representative of currents IA, IB, IC flowing in each of the phases of line 5 and of voltage sensors 14A, 14B, 14C, in particular in the form of voltage transformers, which provide signals representative of the voltages VA, VB, VC of each phase conductor. The detection device 7 comprises means 15 which condition the data of said sensors 12, 14 and a processing module 16 which, on the basis of the signals representative of the homopolar current Io and the homopolar voltage Vo thus obtained, makes it possible to detect at the times the presence D and the relative location L of a fault 10.
Cependant, les transformateurs de tension 14 sont à la fois volumineux et coûteux ; qui plus est, ils ne sont pas toujours forcément adaptés pour une installation sur des lignes 5 déjà existantes. Pour une mise en oeuvre économiquement viable, il est préférable que les dispositifs de détection de défaut 7 soient dénués de moyens de mesure 14 ou de traitement des tensions du réseau 1. However, voltage transformers 14 are both bulky and expensive; moreover, they are not always necessarily adapted for installation on lines already existing. For an economically viable implementation, it is preferable for the fault detection devices 7 to be devoid of measuring means 14 or of processing the voltages of the network 1.
Ainsi, tel qu'illustré en figure 2C, ont été développés des dispositifs de défaut à la terre 17 dans lesquels la tension n'est pas utilisée. Par exemple, le document EP 1 475 874 présente un dispositif de détection directionnelle de défaut à la terre pour lequel le module de traitement 18 utilise, outre le signal représentatif du courant résiduel Io, le signal représentatif du courant inverse chacun des signaux étant comparé à un seuil afin de signaler un défaut de terre en aval des capteurs de courant 12. La détection d'un défaut amont nécessite cependant une deuxième unité de traitement, et le passage en composantes complexes alourdit encore le dispositif de détection 17. Thus, as illustrated in FIG. 2C, earth fault devices 17 have been developed in which the voltage is not used. For example, document EP 1 475 874 discloses a directional earth fault detection device for which the processing module 18 uses, in addition to the signal representative of the residual current I o, the signal representative of the current reversing each of the signals being compared to a threshold for signaling a ground fault downstream of the current sensors 12. The detection of an upstream fault, however, requires a second processing unit, and the transition to complex components further increases the detection device 17.
Une autre approche a été développée dans le document EP 1 890 165 dans lequel le module de traitement 19 compare la forme du courant homopolaire Io aux courants de phases IA, IB, le pour déterminer si le défaut à la terre détecté est en aval ou non du dispositif de détection 17. Cette comparaison s'appuie cependant sur un réseau de neurones 19, système complexe dont la base d'apprentissage conditionne fortement le diagnostic de détection D et de direction L (une base d'apprentissage en inadéquation avec le réseau final 1 pourra conduire à des résultats de détection erronés). Qui plus est, la base d'apprentissage nécessite des coefficients (poids et facteurs de biais du réseau de neurones) figés, qui correspondent à un mode d'exploitation spécifique, comme le régime de neutre du réseau, le niveau de déclenchement du détecteur : toute modification de paramètres de réglage ou d'exploitation du dispositif de détection 17 peut alors nécessiter un nouvel apprentissage, complexe à réaliser, notamment par les équipes en charge de l'installation ou de la maintenance de tels équipements. Another approach has been developed in EP 1 890 165 in which the processing module 19 compares the shape of the homopolar current Io with the phase currents IA, IB, the to determine whether the detected earth fault is downstream or not. However, this comparison is based on a neural network 19, a complex system whose learning base strongly conditions the diagnosis of detection D and direction L (a training base in inadequacy with the final network 1 may lead to erroneous detection results). Moreover, the learning base requires fixed coefficients (weight and bias factors of the neural network), which correspond to a specific operating mode, such as the neutral system of the network, the trigger level of the detector: any modification of adjustment or operating parameters of the detection device 17 may then require a new learning, complex to achieve, in particular by the teams in charge of the installation or maintenance of such equipment.
Il apparaît ainsi que les dispositifs de détection directionnelle de défaut à la terre 7, 17 existants ne sont pas optimisés pour une large mise en oeuvre en raison de leur complexité, que celle-ci soit due au nombre de capteurs 12, 14 à mettre en place ou au système 18, 19 de traitement des signaux. It thus appears that the existing directional earth fault detection devices 7, 17 are not optimized for wide implementation because of their complexity, that this is due to the number of sensors 12, 14 to be used. place or system 18, 19 signal processing.
EXPOSE DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Parmi autres avantages, l'invention vise à pallier des inconvénients des dispositifs et procédés de détection directionnelle de défaut à la terre existants. En particulier, le principe de directionnalité mis en oeuvre repose sur l'analyse de coefficients de corrélation entre le signal représentatif du courant homopolaire et les signaux représentatifs des courants de phase, sans utilisation des différentes tensions du réseau. Among other advantages, the invention aims to overcome the disadvantages of devices and methods for directional detection of existing earth fault. In particular, the directionality principle used is based on the analysis of correlation coefficients between the signal representative of the homopolar current and the signals representative of the phase currents, without using the different voltages of the network.
Sous un de ses aspects, l'invention est relative à un procédé de détection directionnelle de défaut à la terre dans un réseau multiphasé, de préférence triphasé, comprenant un premier stade de détection du défaut par comparaison d'un signal représentatif du courant homopolaire circulant le tronçon de ligne surveillé à un seuil de détection. Le signal représentatif du courant homopolaire peut être obtenu directement, ou par calcul à partir des signaux représentatifs des courants de chaque conducteur de phase dudit tronçon. In one of its aspects, the invention relates to a directional earth fault detection method in a multiphase network, preferably three-phase, comprising a first fault detection stage by comparison of a signal representative of the circulating homopolar current. the section of line monitored at a detection threshold. The signal representative of the homopolar current can be obtained directly, or by calculation from the signals representative of the currents of each phase conductor of said section.
Si le premier stade détecte la présence d'un défaut à la terre dans ledit tronçon, le deuxième stade du procédé selon un mode de réalisation préféré de l'invention est déclenché. Le deuxième stade est basé sur le traitement des signaux représentatifs des courants de chaque phase dudit tronçon et du courant de défaut du même tronçon, ces signaux étant obtenus sur une durée prédéterminée suffisante, par exemple un nombre entier de demi-périodes du réseau. Avantageusement, les signaux représentatifs des courants de phase sont filtrés, notamment analogiquement, et/ou échantillonnés, de préférence à une fréquence permettant d'obtenir au moins une vingtaine de points sur la durée prédéterminée, par exemple de l'ordre de 1 kHz pour un réseau à 50 Hz et une demi-période. Le signal représentatif du courant homopolaire peut être ici aussi obtenu directement, ou par calcul à partir des signaux représentatifs des courants de chaque conducteur de phase dudit tronçon, avant ou après filtrage et/ou échantillonnage. If the first stage detects the presence of a ground fault in said section, the second stage of the method according to a preferred embodiment of the invention is triggered. The second stage is based on the processing of the signals representative of the currents of each phase of said section and of the fault current of the same section, these signals being obtained over a sufficient predetermined duration, for example an integer number of half-periods of the network. Advantageously, the signals representative of the phase currents are filtered, in particular analogically, and / or sampled, preferably at a frequency making it possible to obtain at least twenty points over the predetermined duration, for example of the order of 1 kHz for a network at 50 Hz and half a period. The signal representative of the homopolar current can here also be obtained directly, or by calculation from the signals representative of the currents of each phase conductor of said section, before or after filtering and / or sampling.
Après l'acquisition des signaux représentatifs de différents courants, le deuxième stade du procédé se poursuit par un traitement desdits signaux pour permettre d'interpréter si le défaut détecté dans le premier stade se situe en amont ou en aval du point de mesure des courants de phase. Le traitement des signaux comprend, selon l'invention, le calcul des coefficients de corrélation linéaire normalisés entre le signal représentatif du courant homopolaire du tronçon et chacun des signaux représentatifs des courants de phase ; de préférence, la formule de Bravais-Pearson et/ou des coefficients non signés sont utilisés. La dispersion desdits coefficients est ensuite analysée, notamment par le calcul de leur moyenne et de leur écart-type. After the acquisition of signals representative of different currents, the second stage of the process continues with a processing of said signals to allow interpretation of whether the fault detected in the first stage is upstream or downstream of the measurement point of the currents of phase. The signal processing comprises, according to the invention, the calculation of normalized linear correlation coefficients between the signal representative of the homopolar current of the section and each of the signals representative of the phase currents; preferably, the Pearson-Bravais formula and / or unsigned coefficients are used. The dispersion of said coefficients is then analyzed, in particular by calculating their mean and their standard deviation.
Si la dispersion des coefficients de corrélation linéaire non signés est élevée, par exemple avec un écart-type supérieur à 0,3 et une moyenne supérieure 0,5, alors le défaut se situe en aval de l'appareil de détection. Inversement, pour une moindre dispersion, notamment une moyenne inférieure à 0,5 et un écart-type inférieur à 0,2, alors le défaut se situe en amont de l'appareil de détection. If the dispersion of the unsigned linear correlation coefficients is high, for example with a standard deviation greater than 0.3 and an average greater than 0.5, then the defect is located downstream of the detection apparatus. Conversely, for a lesser dispersion, in particular an average of less than 0.5 and a standard deviation of less than 0.2, then the fault is located upstream of the detection apparatus.
De préférence, la dispersion des coefficients est réalisée par formulation d'une relation comparative. En particulier, si la différence entre l'écart-type multiplié par racine de trois et la différence entre la moyenne et un est positive, alors le défaut est en amont de la détection ; tout autre comparaison basée sur l'inégalité 3.6' > (1 - p)2 peut être utilisée. Preferably, the dispersion of the coefficients is achieved by formulating a comparative relationship. In particular, if the difference between the standard deviation multiplied by root of three and the difference between the mean and one is positive, then the defect is upstream of the detection; any other comparison based on the inequality 3.6 '> (1 - p) 2 can be used.
Selon une autre option, la comparaison est réalisée graphiquement par rapport à une droite d'équation y =1ûx : suivant que le point de coordonnées moyenne et écart-type est positionné ou non dans le demi-plan contenant l'origine, le défaut est en amont ou en aval. According to another option, the comparison is made graphically with respect to a line of equation y = 1u x: according to whether the mean and standard deviation point is positioned or not in the half-plane containing the origin, the defect is upstream or downstream.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, ledit procédé de détection directionnelle est associé à un actionnement d'un dispositif de coupure pour isoler le tronçon à partir du point en aval duquel un défaut a été détecté. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, said directional detection method is associated with an actuation of a cut-off device for isolating the section from the point downstream of which a fault has been detected.
Sous un autre aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de détection directionnelle d'un défaut à la terre d'une ligne dans un réseau multiphasé, de préférence triphasé, adapté pour le procédé précédent. Le dispositif de détection directionnelle selon l'invention peut être associé à des capteurs de courant de chacune des phases de la ligne, par exemple des tores de détection, qui lui fournissent les signaux représentatifs desdits courants. Le dispositif de détection directionnelle peut en outre faire partie d'un indicateur de passage de défaut, par exemple par activation de moyens d'alerte de type voyant si un défaut aval aux capteurs est détecté. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif de détection directionnelle selon l'invention est associé à un relai de protection de la ligne, les moyens d'alerte provoquant l'actionnement d'un dispositif de coupure de la ligne permettant d'isoler le tronçon sur lequel un défaut a été détecté. In another aspect, the invention relates to a directional detection device for a ground fault of a line in a multiphase network, preferably three-phase, adapted for the above method. The directional detection device according to the invention can be associated with current sensors of each of the phases of the line, for example detection cores, which provide the signals representative of said currents. The directional detection device may furthermore be part of a fault-passing indicator, for example by activating light-type warning means if a defect downstream to the sensors is detected. In a particularly preferred embodiment, the directional detection device according to the invention is associated with a protection relay of the line, the warning means causing the actuation of a cutoff device of the line to isolate the section on which a fault has been detected.
En particulier, le dispositif de détection directionnelle d'un défaut à la terre selon l'invention comprend des premiers moyens pour recevoir des signaux représentatifs de courants de chaque phase de la ligne à surveiller ainsi que des deuxièmes moyens pour recevoir un signal représentatif du courant homopolaire de ladite ligne, ces deuxièmes moyens comprenant de préférence des moyens permettant de déduire des signaux représentatifs des courants de phase, notamment par sommation, ledit signal représentatif du courant homopolaire. Avantageusement, les premiers moyens de réception des signaux représentatifs des courants de phase sont associés à des moyens de filtrage desdits signaux, par exemple un filtre analogique ; de préférence, les premiers moyens comprennent des moyens d'échantillonnage pour obtenir un nombre de valeurs discrètes suffisantes, par exemple à fréquence 1 kHz. In particular, the directional detection device of a ground fault according to the invention comprises first means for receiving signals representative of currents of each phase of the line to be monitored as well as second means for receiving a signal representative of the current homopolar of said line, these second means preferably comprising means for deriving signals representative of the phase currents, in particular by summation, said signal representative of the homopolar current. Advantageously, the first signal reception means representative of the phase currents are associated with means for filtering said signals, for example an analog filter; preferably, the first means comprise sampling means to obtain a sufficient number of discrete values, for example at a frequency of 1 kHz.
Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de traitement des signaux représentatifs obtenus associés à des moyens d'activation desdits moyens de traitement, les moyens d'activation étant déclenchés par la détection de l'occurrence d'un défaut à la terre. De préférence, la détection de l'occurrence d'un défaut à la terre actionnant les moyens d'activation est réalisée par le dispositif selon l'invention qui comprend des moyens adaptés, notamment des moyens de comparaison du signal représentatif du courant homopolaire à un seuil de détection. The device according to the invention comprises representative signal processing means obtained associated with activation means of said processing means, the activation means being triggered by the detection of the occurrence of a ground fault. Preferably, the detection of the occurrence of a ground fault actuating the activation means is carried out by the device according to the invention which comprises suitable means, in particular means for comparing the signal representative of the homopolar current with a detection limit.
Les moyens de traitement des signaux du dispositif selon l'invention comprennent des moyens pour calculer les coefficients de corrélation linéaire normalisés, avantageusement non signés, de préférence selon la formule de Bravais-Pearson, entre le signal représentatif du courant homopolaire et chacun des signaux représentatifs des courants de phase. De préférence, les moyens de calcul sont associés à des moyens de temporisation permettant l'acquisition des signaux pendant une durée correspondant à un nombre entier de demi- périodes du réseau. Les données calculées sont transmises à un module de calcul de la moyenne arithmétique et de l'écart-type, couplé en sortie à des moyens d'interprétation comparant les résultats pour déterminer si le défaut est en amont ou en aval du point d'obtention des signaux représentatif des courants de phase ; les moyens d'interprétation peuvent être du type graphique ou calculatoire. The signal processing means of the device according to the invention comprise means for calculating the normalized, preferably unsigned linear correlation coefficients, preferably according to the Bravais-Pearson formula, between the signal representative of the zero sequence current and each of the representative signals. phase currents. Preferably, the calculation means are associated with timing means for acquiring the signals for a period corresponding to an integer number of half-periods of the network. The calculated data is transmitted to a module for calculating the arithmetic mean and the standard deviation, coupled to output means of interpretation comparing the results to determine whether the defect is upstream or downstream of the point of obtaining signals representative of the phase currents; the means of interpretation may be of the graphical or computational type.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre illustratif et nullement 30 limitatifs, représentés dans les figures annexées. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention, given by way of illustration and in no way limiting, represented in the appended figures.
La figure 1, déjà décrite, représente un réseau électrique dans lequel des dispositifs de détection de défaut terre peuvent être utilisés. Figure 1, already described, shows an electrical network in which earth fault detection devices can be used.
Les figures 2A, 2B et 2C, déjà décrites, représentent des schémas blocs de dispositifs de 5 détection de défauts à la terre selon l'art antérieur. FIGS. 2A, 2B and 2C, already described, show block diagrams of ground fault detection devices according to the prior art.
La figure 3 montre de façon schématique et filtrée des signaux représentatifs des courants de phase et homopolaire lors de l'apparition d'un défaut à la terre sur une phase, respectivement à l'amont et à l'aval du dispositif de détection. La figure 4 illustre le procédé de détection selon un mode de réalisation préféré de l'invention. FIG. 3 shows schematically and filtered signals representative of the phase and homopolar currents at the occurrence of a ground fault on a phase respectively upstream and downstream of the detection device. Figure 4 illustrates the detection method according to a preferred embodiment of the invention.
La figure 5 représente un schéma bloc d'un dispositif de détection de défaut terre selon un 15 mode de réalisation préféré de l'invention. Fig. 5 shows a block diagram of a ground fault detecting device according to a preferred embodiment of the invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT
Le dispositif 20 de détection directionnelle de défaut 10 selon l'invention peut être utilisé 20 dans tout réseau multiphasé 1, tel que celui décrit en figure 1, en lieu et place des dispositifs 7, 17 existants. Dans le mode de réalisation et d'utilisation préféré illustré de l'invention, la ligne 5 sur laquelle le dispositif 20 est mis en place comprend trois conducteurs de phase 5A, 5B, 5c et le réseau est équilibre, c'est-à-dire que le courant homopolaire Io est nul en l'absence de défaut. Cependant, il est possible de s'écarter de 25 cette situation idéale, et le réseau peut comprendre un autre nombre de phases. The directional fault detection device 20 according to the invention can be used in any multiphase network 1, such as that described in FIG. 1, in place of the existing devices 7, 17. In the illustrated embodiment and preferred embodiment of the invention, the line 5 on which the device 20 is put in place comprises three phase conductors 5A, 5B, 5c and the network is balanced, that is to say say that the homopolar current Io is zero in the absence of fault. However, it is possible to deviate from this ideal situation, and the network may comprise another number of phases.
Lors de l'apparition d'un défaut à la terre 10 sur une des phases A, le courant de ladite phase IA devient (idéalement) nul en aval du défaut 10, et vo;.t son amplitude augmenter en amont. Tel qu'illustré en figure 3, un capteur de courant 12.A sur le conducteur en défaut 30 5A fournit ainsi un signal représentatif du courant IA marquant une rupture nette au niveau du défaut 10, et différent selon que le dispositif selon l'invention est disposé en amont 20i+i ou en aval 20i dudit capteur 12. La figure 3 montre également que le courant est 10 ponctuellement altéré dans les deux autres phases B et C, mais reste de forme quasi-constante. La figure 3 illustre enfin le courant homopolaire Io détecté sur la ligne 5, soit par un capteur 11 approprié (voir figure 2A), soit par calcul depuis les trois courants de phase IA, IB, IC obtenus par les capteurs 12. Upon the occurrence of a ground fault on one of the phases A, the current of said phase IA becomes (ideally) zero downstream of the fault 10, and its amplitude increase upstream. As illustrated in FIG. 3, a current sensor 12.A on the faulty conductor 5A thus provides a signal representative of the current IA marking a clear break at the fault 10, and different depending on whether the device according to the invention is located upstream 20i + i or downstream 20i of said sensor 12. Figure 3 also shows that the current is punctually altered in the other two phases B and C, but remains almost constant. FIG. 3 finally illustrates the homopolar current I o detected on line 5, either by a suitable sensor 11 (see FIG. 2A), or by calculation from the three phase currents IA, IB, IC obtained by the sensors 12.
Selon l'invention, les coefficients de corrélation entre les différentes courbes sont utilisés pour déterminer si le défaut 10 est localisé en amont ou en aval des capteurs 12 fournissant des signaux représentatifs des courants de la ligne 5, de préférence filtrés. De fait, on y constate que, après occurrence du défaut à la terre, dans le cas d'un défaut 10 ayant lieu en aval du dispositif 20;, la ressemblance entre le courant homopolaire Io et le courant IA de la phase en défaut est importante, au contraire de la ressemblance, moyenne, entre le courant homopolaire Io et les courants IB, le des autres phases ; ainsi, [es coefficients de corrélation normalisés avec le courant homopolaire Io devraient être, en valeur absolue, proche de l'unité pour la phase A et moyens, par exemple proches de 0,5, pour les autres phases. According to the invention, the correlation coefficients between the different curves are used to determine whether the fault 10 is located upstream or downstream of the sensors 12 providing signals representative of the currents of the line 5, preferably filtered. In fact, it is found that, after occurrence of the earth fault, in the case of a fault 10 occurring downstream of the device 20, the resemblance between the zero sequence current Io and the current IA of the phase in error is important, unlike the resemblance, mean, between the homopolar current Io and currents IB, the other phases; thus, the normalized correlation coefficients with the homopolar current Io should be, in absolute value, close to unity for phase A and average, for example close to 0.5, for the other phases.
Inversement, dans le cas d'un défaut 10 ayant lieu en amont du dispositif 20;+i, après son occurrence, la ressemblance du courant homopolaire Io avec le courant IA de la phase en défaut est faible alors que la ressemblance entre le courant homopolaire Io et les courants IB, le des autres phases reste moyenne ; ainsi, les coefficients de corrélation normalisés non signés avec le courant homopolaire Io devraient rester moyens, par exemple proches de 0,5, pour les phases B et C, et être proche de zéro pour la phase A. De préférence, les signaux sont analysés sur une durée suffisante Tacq, avec notamment acquisition des signaux supérieure à une demi-période du réseau, par exemple une période ou tout nombre entier de demi-périodes. Conversely, in the case of a fault 10 occurring upstream of the device 20 + i, after its occurrence, the resemblance of the homopolar current Io with the current IA of the faulty phase is small while the resemblance between the zero sequence current Io and IB currents, the other phases remain average; thus, the normalized correlation coefficients not signed with the homopolar current Io should remain average, for example close to 0.5, for the phases B and C, and be close to zero for the phase A. Preferably, the signals are analyzed. over a sufficient period Tacq, including acquisition of signals greater than half a period of the network, for example a period or any integer number of half-periods.
Le coefficient de corrélation linéaire normalisé utilisé dans le procédé selon l'invention est de préférence obtenu par la formule de Bravais-Pearson et non signé : de fait, les capteurs 12 fournissent un signal de courant alternatif circulant dans chacune des phases 5A, 5B, 5c qu'il est préféré d'échantillonner de façon à obtenir un nombre défini de valeurs discrètes représentatives du courant. Avantageusement, le nombre N de valeurs fourni par l'échantillonnage est adapté à la durée d'acquisition Tacq pour optimiser la reproductibilité et la fiabilité des résultats de la formule de Bravais-Pearson, c'est-à-dire de préférence plus de 20 valeurs dans le cas d'une durée d'acquisition Tacq égale à une demi-période réseau, avec par exemple une fréquence d'échantillonnage de l'ordre du kilohertz pour un réseau 1 triphasé à 50 Hz. Ainsi, dans le procédé selon l'invention schématisé en figure 4, une fois le défaut détecté D, par exemple par un procédé similaire à celui décrit en relation avec la figure 2A, les signaux représentatifs des courants de phase, de préférence filtrés, sont acquis sur une durée d'acquisition Tacq, puis échantillonnés ; parallèlement, le courant homopolaire Io est calculé pour la même durée. Les coefficients de corrélation, ici non signés, entre les signaux représentatifs des courants de phases filtrés échantillonnés IAf*, IBf*, Icf* et le signal représentatif du courant homopolaire Io sont calculés par la formule de Bravais-Pearson selon l'équation (1), dans laquelle rxy désigne l'indice de corrélation linéaire non signé entre les deux variables X, Y dont respectivement N valeurs ponctuelles x, y sont connues. N \ r N IVV XI ' i i=1 _ i=1 xk N X Yk N / N \2 N \2 'xi X i=1 N N k=l N k=l On obtient ainsi trois coefficients de corrélation linéaire normalisés non signés rA, rB, rc. Tel qu'indiqué plus haut, suivant que le défaut 10 est en amont ou en aval, les coefficients rA sont plus proches de 1 ou de O. Suivant l'invention, pour évaluer cette proximité, la 20 moyenne arithmétique et l'écart-type a de la distribution des coefficients de corrélation sont utilisés. De fait, un couple moyenne/écart-type ( , a) à valeurs élevées (par exemple > 0,5 et a > 0,3) correspond à un défaut aval, contrairement à un couple moyenne/écarttype ( , a) à valeurs faibles (par exemple < 0,5 et a < 0,2) qui correspond à un défaut amont. (1) rxy = 25 Plus particulièrement, on constate que, pour un défaut 10 en aval de la détection 20;, est vérifiée la relation suivante (2), alors que pour un défaut amont 10, 20i+i, l'inverse est vrai, c'est-à-dire : 3.62 1 - 02. (2) 'x6> (1û,u) Dans un procédé préféré selon l'invention, une fois la moyenne et l'écart-type calculés, la comparaison selon la relation (2), ou toute relation qui en dérive directement, est effectuée et, selon le résultat, l'interprétation directionnelle L quant à la position du défaut est donnée, soit signalisée à l'extérieur, soit transmise à un relai 9 pour couper un disjoncteur 6 en amont, ou tout autre utilisation. The normalized linear correlation coefficient used in the process according to the invention is preferably obtained by the Bravais-Pearson formula and unsigned: in fact, the sensors 12 provide an alternating current signal flowing in each of the phases 5A, 5B, It is preferred to sample to obtain a defined number of discrete values representative of the current. Advantageously, the number N of values provided by the sampling is adapted to the acquisition duration Tacq to optimize the reproducibility and reliability of the results of the Bravais-Pearson formula, that is to say preferably more than 20. values in the case of an acquisition period Tacq equal to one half-grating period, with for example a sampling frequency of the order of one kilohertz for a three-phase network 1 at 50 Hz. Thus, in the method according to 4, once the detected fault D, for example by a method similar to that described with reference to FIG. 2A, the signals representative of the phase currents, preferably filtered, are acquired over a period of acquisition. Tacq, then sampled; in parallel, the homopolar current Io is calculated for the same duration. The correlation coefficients, here unsigned, between the signals representative of the sampled filtered phase currents IAf *, IBf *, Icf * and the signal representative of the homopolar current Io are calculated by the formula of Bravais-Pearson according to the equation (1 ), in which rxy denotes the unsigned linear correlation index between the two variables X, Y, of which respectively N point values x, y are known. ## EQU1 ## where ## EQU1 ## where ## EQU1 ## is obtained thus giving rise to three unsigned normalized linear correlation coefficients. rA, rB, rc. As indicated above, depending on whether the defect 10 is upstream or downstream, the coefficients rA are closer to 1 or 0. According to the invention, to evaluate this proximity, the arithmetic mean and the difference between type a of the distribution of the correlation coefficients are used. In fact, a high average mean / standard deviation (, a) (for example> 0.5 and a> 0.3) corresponds to a downstream defect, unlike a mean / standard deviation (, a) with values low (for example <0.5 and a <0.2) which corresponds to an upstream fault. (1) rxy = 25 More particularly, it can be seen that, for a fault 10 downstream of the detection 20, the following relation (2) is satisfied, whereas for an upstream fault 10, 20i + i, the inverse is true, ie: 3.62 1 - 02. (2) 'x6> (u, u) In a preferred method according to the invention, after calculating the mean and standard deviation, the comparison according to the relation (2), or any relation derived directly from it, is performed and, depending on the result, the directional interpretation L as to the position of the defect is given, either signaled externally or transmitted to a relay 9 for cut a circuit breaker 6 upstream, or any other use.
Pour alléger cette étape de calcul du procédé selon l'invention, il est possible graphiquement de déterminer la localisation relative aval ou amont du défaut 10 en positionnant le point de coordonnées ( ,6) sur un graphe (x,y) où est tracée une droite d'équation (3) : si le point est situé dans le demi-plan contenant l'origine (0,0), il s'agit d'un défaut amont. Le procédé selon l'invention peut être mis en place dans un relai de protection 9, dans un indicateur de défaut avec système d'alerte 8, par implémentation dans un dispositif de détection directionnelle de défaut à la terre 20 adapté. Un dispositif 20 selon un mode de réalisation préféré de l'invention est schématisé en figure 5. Il comprend des moyens 22 permettant d'obtenir des signaux représentatifs des courants de phase fournis par des capteurs 12 adaptés, par exemple des tores de détection, avantageusement avec un filtrage par moyens 24 adaptés comme un filtre analogique. Dans le mode de réalisation préféré, les signaux, filtrés IA, 1g,, IcF, sont en outre conditionnés par échantillonnage et les moyens d'obtention des signaux représentatifs 22 comprennent un module d'échantillonnage 26, fonctionnant avantageusement à plus de 1 kHz, fournissant ainsi des signaux échantillonnés filtrés à traiter IAF*, IBF*, I,F*. 1ûx30 Le dispositif 20 selon l'invention comprend en outre des moyens 28 permettant d'obtenir un signal représentatif du courant homopolaire Io. Ces moyens peuvent être couplés directement à un tore de détection du courant concerné entourant la ligne 5 (non illustré) ; de préférence, les moyens 28 relatifs à la valeur du courant homopolaire I0 déterminent ledit courant par traitement des signaux relatifs aux courants de phase IA, IB, If. (non illustré), avantageusement filtrés I, IB,, ICf (non illustré), éventuellement échantillonnés IAf*, IBf*, I,,f* (figure 5). To lighten this calculation step of the method according to the invention, it is possible graphically to determine the upstream or downstream relative location of the defect 10 by positioning the point of coordinates (, 6) on a graph (x, y) where is plotted a equation right (3): if the point is in the half plane containing the origin (0,0), it is an upstream fault. The method according to the invention can be implemented in a protection relay 9, in a fault indicator with warning system 8, by implementation in a suitable directional earth fault detection device 20. A device 20 according to a preferred embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 5. It comprises means 22 making it possible to obtain signals representative of the phase currents supplied by suitable sensors 12, for example detection cores, advantageously with filtering means 24 adapted as an analog filter. In the preferred embodiment, the filtered signals IA, 1g ,, IcF are further conditioned by sampling and the means for obtaining the representative signals 22 comprise a sampling module 26, advantageously operating at more than 1 kHz. thus providing filtered sampled signals to process IAF *, IBF *, I, F *. The device 20 according to the invention further comprises means 28 for obtaining a signal representative of the homopolar current Io. These means can be coupled directly to a current sensing toroid surrounding the line 5 (not shown); preferably, the means 28 relating to the value of the homopolar current I0 determine said current by processing the signals relating to the phase currents IA, IB, If. (not shown), preferably filtered I, IB, ICf (not shown), optionally sampled IAf *, IBf *, I ,, f * (Figure 5).
Outre leur entrée dans les moyens de détermination 28 du signal représentatif du courant homopolaire Io, les signaux représentatifs des courants de phases échantillonnés filtrés IAf*, IBf*, Icf* sont transmis à un module de traitement 30 qui comprend une quatrième entrée pour le signal représentatif du courant homopolaire Io, et qui est activé en fonction de la détection D d'un défaut à la terre 10. A cette fin, le module de traitement 30 est connecté à un dispositif de détection de défaut 32 quelconque, de préférence ici un module de comparaison du courant homopolaire I,, avec un seuil de détection Sd : si le seuil est dépassé, alors un défaut D est détecté et le module de traitement 30 est activé. In addition to entering the determination means 28 of the signal representative of the zero sequence current Io, the signals representative of the filtered sampled phase currents IAf *, IBf *, Icf * are transmitted to a processing module 30 which includes a fourth input for the signal representative of the homopolar current Io, and which is activated according to the detection D of a ground fault 10. For this purpose, the processing module 30 is connected to any fault detection device 32, preferably here a homopolar current comparison module I ,, with a detection threshold Sd: if the threshold is exceeded, then a fault D is detected and the processing module 30 is activated.
Le module de traitement 30 comporte successivement un dispositif de calcul 34 de coefficients de corrélation normalisés non signés r à partir des quatre signaux d'entrée IAf*, IBf*, Icf*, h, un dispositif de calcul 36 de la moyenne arithmétique et de l'écart-type a des trois données entrées rA, r8, rc, un dispositif de comparaison 38 avec deux entrées 4, 6 et qui est relié à des moyens d'interprétation 40 dont la sortie est un signal L de détection directionnelle de défaut terre en aval ou en amont des capteurs 12 selon le résultat de l'interprétation. The processing module 30 comprises successively a computing device 34 of unsigned normalized correlation coefficients r from the four input signals IAf *, IBf *, Icf *, h, a device 36 for calculating the arithmetic mean and the standard deviation a of the three data inputs rA, r8, rc, a comparison device 38 with two inputs 4, 6 and which is connected to interpretation means 40 whose output is a directional fault detection signal L earth downstream or upstream of the sensors 12 according to the result of the interpretation.
Les moyens de calcul de coefficients de corrélation normalisés non signés 34 utilisent de préférence la formule (1) de Bravais-Pearson et sont associés à des moyens de temporisation afin de s'assurer que les signaux représentatifs des courants de phase IAf*, IBf*, Icf* ont été acquis sur une durée suffisante Tacq, par exemple une demi-période ou une période du réseau 1, voire plus. The means for calculating unsigned normalized correlation coefficients 34 preferably use the Bravais-Pearson formula (1) and are associated with delay means to ensure that the signals representative of the phase currents IAf *, IBf * , Icf * were acquired over a sufficient period Tacq, for example a half-period or a period of network 1, or more.
Les moyens de comparaison 38 fournissant la valeur au module d'interprétation 40 peuvent utiliser différentes fonctions. En particulier, les moyens de comparaison 38 peuvent comprendre une comparaison graphique par des deux valeurs entrées par rapport à un demi-plan délimité par la droite d'équation (3) ; les moyens 38 peuvent déterminer la différence entre le triple du carré de l'écart-type et le carré de la différence entre un et la moyenne, pour la comparer à zéro ; toute autre option est possible. The comparison means 38 supplying the value to the interpretation module 40 may use different functions. In particular, the comparison means 38 may comprise a graphical comparison by two values entered with respect to a half-plane delimited by the line of equation (3); the means 38 can determine the difference between the triple of the square of the standard deviation and the square of the difference between one and the average, to compare it to zero; any other option is possible.
Le dispositif 20 de la figure 5 peut être avantageusement associé à un relai de protection 9 pour des réseaux électriques, ou à un indicateur de passage de défaut pour des lignes 5 moyenne tension souterraines connectées en réseau 1, la sortie du module d'interprétation déclenchant la coupure d'un disjoncteur 6, l'allumage d'un voyant 8 ou tout autre moyen de sécurité et/ou d'alerte. The device 20 of FIG. 5 may advantageously be associated with a protective relay 9 for electrical networks, or with a fault-passing indicator for underground medium voltage lines connected in a network 1, the output of the triggering interpretation module. breaking a circuit breaker 6, lighting a warning light 8 or any other means of security and / or warning.
Ainsi, selon l'invention, un procédé et un dispositif de détection directionnelle 20 d'un défaut à la terre 10 d'une ligne 5 d'un réseau multiphasé 1 ont été réalisés sans mesure de tension, ce qui allège autant les dispositifs que leur mise en oeuvre. Thus, according to the invention, a method and a device for directionally detecting a ground fault of a line 5 of a multiphase network 1 have been produced without voltage measurement, which lightens the devices as much as their implementation.
Bien que l'invention ait été décrite en référence à un réseau de distribution triphasé dans lequel le neutre est mis à la terre par impédance compensée, elle ne s'y limite pas : d'autres types de réseaux multiphasés peuvent être concernés par l'invention ; en particulier, tout régime de neutre est approprié. Par ailleurs, bien que décrit avec détermination et traitement du courant homopolaire instantané Io, le procédé selon l'invention peut utiliser la variation dudit courant Io par rapport à sa valeur déterminée sur une période préalable : cette variante s'avère particulièrement intéressante dans le cas de réseaux présentant un léger déséquilibre entre phases, dont le courant homopolaire Io est donc non nul en situation hors défaut. Although the invention has been described with reference to a three-phase distribution network in which the neutral is grounded by compensated impedance, it is not limited thereto: other types of multiphase networks may be concerned by the invention; in particular, any neutral scheme is appropriate. Furthermore, although described with determination and treatment of the instantaneous homopolar current Io, the method according to the invention can use the variation of said current Io with respect to its value determined over a prior period: this variant is particularly interesting in the case networks with a slight imbalance between phases, whose homopolar current Io is therefore not zero in non-default situation.
De fait, les différents circuits, modules et fonctions présentés dans le cadre du mode de réalisation préféré de l'invention peuvent être réalisés en composants analogiques, numériques ou sous une forme programmable opérant avec des microcontrôleurs ou des microprocesseurs, et les signaux représentatifs décrits peuvent avoir des formes de signaux électriques ou électroniques, de valeurs de données ou d'information dans des mémoires ou des registres, de signaux optiques visualisables notamment sur des voyants ou des écrans, ou de signaux mécaniques agissant avec des actionneurs. De même, les capteurs de courant peuvent être différents des transformateurs décrits, comme des capteurs à effet Hall ou des magnétorésistances. In fact, the various circuits, modules and functions presented in the context of the preferred embodiment of the invention can be made of analog, digital or programmable components operating with microcontrollers or microprocessors, and the representative signals described can having forms of electrical or electronic signals, data or information values in memories or registers, optical signals that can be displayed in particular on LEDs or screens, or mechanical signals acting with actuators. Similarly, the current sensors may be different from the described transformers, such as Hall effect sensors or magnetoresistors.
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