Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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APPAREIL ET MÉTHODE DE COMMUTATION POUR UN TRONÇON D'UNE
LIGNE DE TRANSPORT D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
La présente invention vise un appareil et une méthode
de commutation pour un tronçon d'une ligne de transport
d'énergie électrique comportant plusieurs lignes de phase.
Dans le présent texte nous appellerons "ligne de phase" ce
qui est communément appelé par l'homme de l'art "phase".
L'appareil et la méthode peuvent servir entre autres mais
non exclusivement à dégivrer une ligne de transport
d'énergie électrique, ou bien même rnodifier l'écoulement de
puissance à travers une ligne de transport d'énergie
électrique de façon statique ou dynamique.
Connu dans l'art antérieur, il existe le brevet
américain no 2,797,344 délivré le 25 juin 1957, et nommant
comme inventeur monsieur W. T. Peirce. Ce brevet décrit un
appareil pour déglacer des câbles électriques. Ce brevet
propose que dans une ligne de transmission de puissance
électrique, un câble soit réalisé par une paire de
conducteurs isolés les uns des autres. Un pont électrique
est prévu en série avec un desdits conducteurs. Un moyen est
prévu pour ouvrir le pont électrique, et un autre moyen est
prévu pour commander l'opération du pont électrique en
réponse à une accumulation de glace sur le câble. Le pont
électrique comprend un interrupteur normalement fermé qui
est ouvert par le moyen qui répond à une accumulation de
glace sur le câble.
Connu dans l'art antérieur, il existe également le
brevet américain no 4,082,962 délivré le 4 avril 1978, et
nommant comme inventeurs Vladimir V:ladimirovich BURGSDORF et
coll. Ce brevet décrit un dispositif pour faire fondre la
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glace en utilisant un courant continu dans les conducteurs
d'une ligne de transmission de puissance suspendue. Ce
brevet propose dutïliser un redrE:sseur que l'on branche
momentanément à l'extrémité d'un des conducteurs de la
ligne. L'appareil comprend également un circuit de mise à la
terre ainsi qu'un circuit de filtracje branchés en parallèle
au redresseur. Le circuit proposé dans ce brevet utilise un
courant redressé pour déglacer la ligne. Pour chaque section
de ligne, un redresseur, un circuit de mise à la terre ainsi
qu'un circuit de filtrage sont utilisés.
Connu dans l'art antérieur, il existe également le
brevet américain no 4,126,792 délivré le 21 novembre 1978,
et nommant comme inventeurs Georgy A. GENRIKH et co11. Ce
brevet propose un réseau à haut voltage pour des régions où
le givre est prêsent en grande quantité. Ce brevet propose
l'utilisation d'un redresseur et d'un circuit de commutation
qui permet de brancher au moins un conducteur de la ligne au
redresseur afin de faire fondre le givre par un courant
redressé.
Connu dans l'art, il existe également le brevet
américain no 4,119,866 délivré le 10 octobre 1978, et
nommant comme inventeurs Georgy Andreevich GENRIKH et coll.
Ce brevet propose l'utilisation d'une source de courant
continu et de différents commutateurs branchés sur une
section de ligne pour permettre de déglacer un conducteur de
la ligne par courant continu.
Connu dans l'art antérieur, il existe également le
brevet américain no 4,190,137 délivrE! le 26 février 1980, et
nommant comme inventeurs Akira SHIMDA et coll. Ce brevet
décrit un appareil pour déglacer de.; câbles de tramway. Ce
brevet propose de former des boucles avec différentes
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sections des câbles d'alimentation du tramway et d'utiliser
un certain type de transformateurs pour faire passer dans
les boucles en question un courant: que l'on superpose au
courant d'alimentation pour ains:i déglacer les câbles
d'alimentation.
Également connu dans l'art aritérieur, il existe les
brevets américains suivants qui décrivent différents
appareils et méthodes de, commutation de lignes pour
différentes applications: 2,240,772; 2,852,075; 4,028,614;
4,085,338; 4,135,221; 4,322,632; 4,489,270; 4,492,880;
4,769,587; 5,124,882; 5,483,030; 5,734,256; 5,777,837; et
5,754,045.
Un des inconvénients que l'on retrouve dans tous les
appareils et méthodes de commutation mentionnés ci-dessus,
réside dans le fait qu'aucun de ces appareils ou méthodes ne
permet de commuter des conducteurs d'un tronçon d'une ligne
de transport d'énergie électrique de façon efficace et
sécuritaire.
Un des objectifs de la présente invention est de
proposer un appareil et une méthode de commutation pour un
tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique qui
permet de commuter des conducteurs d'un tronçon de ligne
sans débrancher ledit tronçon de la ligne, d'une façon
efficace et sécuritaire.
Les objets, avantages et autres caractéristiques de la
présente invention deviendront plus apparents à la lecture
de la description suivante qui ne sia veut pas restrictive,
des différents modes de réalisation préférés donnés à titre
d'exemple seulement avec réfêrence aux dessins ci-joints.
1
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4
Résumé de i'invention:
La présente invention vise un appareil de commutation pour un tronçon
d'une ligne de transport d'énergie électrique comportant plusieurs lignes de
phase, chacune des lignes de phase comportant plusieurs conducteurs isolés
électriquement les uns des autres et branchés en parallèle pour conduire un
courant de phase, les conducteurs de chaque ligne de phase étant court-
circuités entre eux à deux extrémités du tronçon, l'appareil comprenant:
au moins une paire d'interrupteurs électromécanique et électronique
branchés en parallèle, pour ouvrir et fermer de façon sélective au moins un
des
conducteurs d'au moins une des lignes de phase de façon à conduire le courant
de phase correspondant à travers un nombre variable de conducteurs; et
des moyens de commande pour commander ladite au moins une paire
d'interrupteurs électromécanique et électronique en fonction de conditions
d'opération courantes de la ligne de transport d'énergie électrique, les
interrupteurs de chaque paire étant commandés de façon indépendante par des
signaux de commande.
De préférence, des moyens de détection pour détecter des conditions
d'opération courantes du tronçon de la ligne de transport d'énergie électrique
sont prévus. Ces moyens comprennent plusieurs cellules de charge, au moins
une cellule de charge étant montée par ligne de phase, chaque cellule de
charge comprenant un senseur de charge pour mesurer une valeur de charge
supportée par la ligne de phase correspondante, un senseur d'inclinaison pour
mesurer son inclinaison par rapport à un axe vertical, un senseur de
température pour mesurer une température ambiante, et un émetteur
radiofréquence pour émettre des signaux indicatifs de la valeur de charge, de
l'inclinaison et de la température ambiante. Les moyens de détection incluent
aussi une unité de contrôle comportant un processeur ayant des premiers ports
d'entrée pour recevoir des signaux indicatifs des positions d'opération des
interrupteurs, et des seconds ports d'entrée pour recevoir des signaux
indicatifs
des tensions aux bornes des paires d'interrupteurs; un émetteur radiofréquence
branché au processeur pour émettre des signaux indicatifs des positions
I Ir
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d'opération des interrupteurs, et des tensions; et des moyens d'alimentation
électrique pour alimenter les processeur et l'émetteur.
De préférence, les moyens de commande comprennent le
processeur qui comporte en outre des sorties pour émettre
les signaux de commande; un récepteur radiofréquence branché
au processeur pour recevoir des signaux radiofréquences de
commande à partir desquels les.signaux de commande sont
produits; un amplificateur branché au processeur pour
commander les moyens moteurs en fonction des signaux de
commande; et les moyens d'alimentation électrique pour
alimenter en outre le récepteur et l'amplificateur.
La présente invention vise également une méthode de commutation pour
un tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique comportant plusieurs
lignes de phase, chacune des lignes de phase comportant plusieurs
conducteurs isolés électriquement les uns des autres et branchés en parallèle
pour conduire un courant de phase, les conducteurs de chaque ligne de phase
étant court-circuités entre eux à deux extrémités du tronçon, la méthode
comprenant les étapes suivantes:
(a) détecter des conditions d'opération courantes de la ligne de
transport d'énergie électrique; et
(b) commander au moins une paire d'interrupteurs électromécanique
et électronique branchés en parallèle en fonction de conditions d'opération
courantes détectées à l'étape (a) pour ouvrir et fermer de façon sélective au
moins un des conducteurs d'au moins une des lignes de phase de façon à
conduire le courant de phase correspondant à travers un nombre variable de
conducteurs, les interrupteurs de chaque paire étant commandés de façon
indépendante par des signaux de commande.
Brève description des dessins:
La f igure 1 est un diagramme de circuit schématique
montrant un tronçon de ligne triphasée muni d'interrupteurs
selon un premier mode de réalisation de la présente
invention.
, ..., . I . 4 ,
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6
La figure la est un diagramme de circuit schématique
montrant un mode de réalisation préférentiel pour réali'ser
chaque interrupteur montré â la figure 1, selon la présente
invention.
La figure 2 est un diagramme de circuit schématique
montrant un tronçon de ligne triphasée muni d'interrupteurs
selon un deuxième mode de réalisation de la présente
invention.
La figure 3. est un diagramme de circuit schématique
montrant un tronçonde ligne_triphasée muni d'interrupteurs
selon un troisième mode de réalisation de la présente
invention.
La figure 4 est un diagramme de circuit schématique
montrant un tronçon de ligne triphasée muni d'interrupteurs
selon un quatrième mode de réalisation de la présente
invention.
La figure 5 est un diagramme de circuit schématique
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montrant un tronçon de ligne triphasée muni d'interrupteurs
selon un cinquième mode de réalisation de la présente
invention.
La figure 6 est un diagramme schématique montrant un
mode de réalisation préféré d'interrupteurs
électromécaniques selon la présente invention.
La figure 7 est un diagramme logique de différentes
positions d'opération possibles d'un dispositif de
commutation électromécanique regroupant quatre interrupteurs
électromécaniques selon la présente invention.
La figure 8 est une représentation schématique d'un
mode de réalisation préféré d'un dispositif de commutation
électromécanique regroupant quatre interrupteurs
électromécaniques capables de réaliser le diagramme logique
de la figure 7 selon la présente invention.
La figure 9 est une vue de côté partielle d'un mode de
réalisation préféré d'un dispositif de commutation
électromécanique selon la présente invention.
La figure 10 est une vue en coupe du dispositif montré
à la figure 8, montrant seulement certains éléments de la
vue en coupe.
La figure 11 est une vue complète de côté du dispositif
de commutation montré à la figure 9 dans une première
position d'opération.
La figure 12 est une vue complète de côté du dispositif
de commutation montré à la figure 9 dans une seconde
position d'opération.
La figure 13 est une vue de côté schématique montrant
un détail de construction du mode de réalisation montré aux
figures 11 et 12.
La figure 14 est une vue de côté schématique d'un
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détail de construction du mode de réalisation montré aux
figures il, 12 et 13.
La figure 15 est une vue de côté d'un autre dispositif
de commutation électromécanique selon un mode de réalisation
préféré de la présente invention.
La figure 16 est un diagramme bloc d'une unité qui
comprend un dispositif de commande et une partie du
dispositif de détection selon la présente invention.
La figure 17 est une vue de face d'un pylône supportant
une ligne de transport d'énergie électrique sur lequel des
modules selon la présente invention sont montés.
La f igure 18 est une vue de côté du pylône montré à la
figure 17.
La figure 19 est une vue de côté d'un pylône, montrant
un mode de réalisation alternatif à celui montré à la figure
18.
La figure 20 est un diagramme bloc d'une cellule charge
qui réalise l'autre partie du dispositif de détection selon
la présente invention.
La figure 21 est une vue er.i perspective d'un des
modules montré à la figure 17 selon la présente invention.
La figure 22 est une vue de face d'une entretoise
connue dans l'art antérieur.
La figure 23 est une vue de face d'une entretoise
modifiée pour une application selon la présente invention.
La figure 24 est une vue de face d'une autre entretoise
modifiée pour une application selon la présente invention.
La figure 25 est une vue de face d'un palonnier connu
dans l'art antérieur.
La figure 26 est une vue de face d'un palonnier modifié
pour l'application selon la présente invention.
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La figure 27 est une diagramme de circuit schématique
d'un mode de réalisation préféré d'tzne paire d'interrupteurs
électromécanique et électronique selon la présente
invention.
La figure 28 est une représentation conceptuelle de
côté d'un éclateur thermique montré à la figure 26 dans une
première position. Par éclateur the:rmique nous entendons un
dispositif qui, dans un premier temps, produit un arc
lorsque survient une surtension aux bornes d'un espace, et,
dans un deuxième temps, produit un court-circuit de l'espace
lorsque le courant produit par l'arc dépasse un certain
seuil.
La figure 29 est une représentation conceptuelle de
côté de l'éclateur thermique montré à la figure 26 dans une
seconde position.
La figure 30 est une représemtation conceptuelle en
perspective d'un autre éclateur thermique selon la présente
invention.
La figure 31 est une vue de face d'un pylône supportant
une ligne de transport d'énergie.
Description détaillée des dessins:
Dans la description qui suit, les mêmes repères
numériques désignent des éléments semblables. Selon une
première application de la présente invention, nous
expliquerons comment elle peut être utilisée pour dégivrer
un tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique par
effet Joule.
On peut en principe dégivrer une ligne de transport
d'électricité par effet Joule en une période de temps
inférieure à celle où l'accumulation de la glace atteint une
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valeur critique, c'est-à-dire son point de rupture mécanique
en utilisant la chaleur produite par un courant inférieur au
courant de conception de la ligne qui est aussi appelé le
courant nominal de la ligne.
5 Pour une ligne de transport d'énergie électrique à
haute tension, on utilise en général pour chaque ligne de
phase plusieurs conducteurs pour réduire les pertes par
effet couronne. Cependant, pour une ligne de phase à
conducteurs multiples, le courant nominal de la ligne de
10 transport d'énergie électrique est <jénéralement trop faible
pour permettre de la dégivrer par effet Joule selon la
formule R*I2. Pour permettre un dégivrage par effet Joule,
on propose l'utilisation d'un appareil qui comporte des
paires d'interrupteurs électromécanique et électronique,
branchés en série avec les conducteurs de chaque ligne de
phase pour concentrer le courant d'une ligne de phase dans
un ou dans quelques uns de ses coinducteurs. Par exemple,
pour une ligne de transport d'énergie électrique de 735 kV
avec un courant nominal de 2000 A à quatre conducteurs par
ligne de phase, la concentration du courant dans un seul
conducteur accroît par 16 la production de chaleur selon la
formule R*I2. Un tel appareil peut aussi être utilisé pour
supprimer le galop sur la ligne de transport d'énergie
électrique par suppression du verglas.
Ainsi, prenons pour exemple une ligne de transport
d'énergie électrique de x phases où chaque ligne de phase à
n conducteurs. Selon la présente invention, l'appareil
comprend n paires d'interrupteurs électromécanique et
électronique par ligne de phase pour permettre de concentrer
le courant d'une phase dans un ou, quelques uns de ses
conducteurs. Les conducteurs sont bien sûr isolés les uns
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par rapport aux autres. A chaque bout du tronçon, les n
conducteurs de chaque ligne de plhase sont mis en court-
circuit.
Si l'on se réfère maintenant à la figure 1, on peut
voir une partie d'un appareil de commutation pour un tronçon
3 d'une ligne de transport d'énergie électrique selon la
présente invention. La ligne de transport d'énergie
électrique peut comporter plusieurs lignes de phase. Dans le
cas présent, la ligne de transport d'énergie électrique
comporte trois lignes de phase 5, 7 et 9. Chacune des lignes
de phase 5, 7 et 9 comporte plusieurs conducteurs 4 isolés
électriquement les uns des autres pour conduire le courant
de phase. Les conducteurs de chaçlue ligne de phase sont
court-circuités entre eux aux deux extrémités du tronçon 3
par des courts-circuits 2.
L'appareil selon la présente invention comprend des
paires d'interrupteurs électromécariique et électronique 6
branchés en parallèle, pour ouvrir et fermer de façon
sélective les conducteurs 4 de chaque ligne de phase 5, 7 ou
9 de façon à conduire le courant cie phase correspondant à
travers un ou plusieurs conducteurs. Un mode de réalisation
préféré de chaque paire d'interrupteurs sera montré avec
plus de détails sur la figure la.
L'appareil comprend également un dispositif de
détection pour détecter les conditions d'opération courantes
du tronçon de la ligne de transport d'énergie électrique. Ce
dispositif de détection est réalisé en partie par le circuit
montré à la figure 16 et en partie par le circuit montré à
la figure 20.
L'appareil comprend également un dispositif de commande
pour commander les paires d'interrupteurs électromécanique
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et électronique en fonction des conditions d'opération. Les
interrupteurs de chaque paire 6 sont commandés de façon
indépendante par des signaux de commande. Un mode de
réalisation préféré du dispositif de commande sera décrit et
montré en relation avec la figure 16.
Chaque ligne de phase comporte quatre conducteurs 4 et
est munie de quatre paires d'interrupteurs 6. De plus, sur
chaque ligne de phase, un circuit équiva~ent des inductances
et des inductances mutuelles de ligrie 8, et des résistances
de ligne 10 est indiqué. Pour les fins de discussion, on
néglige les effets capacitifs de la ligne. Les paires
d'interrupteurs 6 d'une ligne de phase à n conducteurs
peuvent faire passer du courant dans 1, 2, ... ou n
conducteurs dépendamment du courant disponible pour fins de
dêgivrage. Pour des raisons de sécurité, les paires
d'interrupteurs électromécanique et électronique sont
commandées de façon à conduire le cot,xrant de phase de chaque
ligne de phase à travers au moins un des interrupteurs
électromécaniques correspondants pour ne pas ouvrir la
ligne. Ainsi, les interrupteurs électromécaniques des paires
d'interrupteurs 6 n'ouvrent jamais tous simultanément les n
conducteurs d'une ligne de phase.
Des entretoises comme celles montrées aux figures 23 et
24 sont prévues pour tenir les conducteurs d'une même ligne
de phase à une certaine distance les uns des autres entre
les pylônes. Ces entretoises doivent être capables d'isoler
électriquement les conducteurs d'une même ligne de phase les
uns des autres.
Des palonniers comme celui montré à la figure 26 sont
montés sur les pylônes et relient mécaniquement les
conducteurs aux isolateurs. Ces palonniers doivent isoler
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électriquement les conducteurs d'une même ligne de phase les
uns des autres. Des éclateurs classiques 12 qui peuvent être
des éclateurs à semi-conducteur tels que des diodes
avalanches ou des varistors, comme ceux montrés à la figure
1 sont prévus pour protéger les isolateurs des palonniers et
des entretoises lors d'une surcharge en courant de ligne qui
peut induire une surtension entre les conducteurs de la
ligne de phase.
Selon une deuxième application, la présente invention
peut être utilisée pour gérer l'écoulement de puissance dans
un tronçon d'une ligne de transport d'énergie électrique en
changeant l'impédance série de la ligne avec les paires
d'interrupteurs. Par exemple, pour changer l'écoulement de
puissance sur une bouche de ligne de transmission à 735 kV
alimentée par des lignes provenant dès barrages éloignés, il
suffit de modifier la position dt'opération des paires
d'interrupteurs de l'appareil de cornmutation pour modifier
1'écoulement de puissance. A cet effet, on peut ouvrir de
façon permanente des interrupteurs électromécaniques de
paires d'interrupteurs prédéterminées associées à des lignes
de phase prédéterminées, et utiliser les interrupteurs
électroniques des paires d'interrupteurs prédéterminées pour
ouvrir et fermer les conducteurs correspondants et ainsi
commander en temps réel l'écoulenient de puissance et
stabiliser le réseau électrique avec une commande fine et
active.
Un changement d'impédance sur différentes lignes va
produire un écoulement de puissance différent. Il existe un
très grand nombre de combinaisons possibles en fonction de
l'état dans lequel on place les différentes paires
d'interrupteurs. L'application décrite ci-dessus s'avère
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très utile pour effectuer une stabilisation active du réseau
par commande dynamique de l'écoulement de puissance.
En se référant à la figure la, on peut voir que chaque
paire d'interrupteurs comprend un interrupteur électronique
7 en parallèle avec un interrupteur mécanique 5 pour former
une paire d'interrupteurs électromE:canique et électronique
6. Selon un mode de rêalisation, l'interrupteur électronique
7 est utilisé pour permettre les transitions de
l'interrupteur mécanique correspondant et est asservi à ce
dernier. Cependant, selon un autre mode de réalisation, on
peut utiliser l'interrupteur électronique pour prendre la
relève de l'interrupteur mêcanique 5 si ce dernier, suite à
un défaut, demeure en position ouverte pour certains
conducteurs de la ligne de phase.
L'interrupteur électromécanique 5 est muni d'un
amortisseur 9. Lorsque la paire d'interrupteurs 6 doit
fermer, l'interrupteur électronique 7 ferme avant
l'interrupteur mécanique, et lorsque le commutateur 6 doit
ouvrir, l'interrupteur mécanique 5 ouvre avant
l'interrupteur électronique 7. L'inte:rrupteur électronique 7
peut être par exemple un thyristor, triac, GTO, MOSFET,
IGBT, etc.
Pour réaliser une commande de l'écoulement de
puissance, l'interrupteur électronique 7 doit pouvoir être
commandé par une commande venant de l'extérieur à travers un
récepteur de commande. La présence d'un récepteur de
commande permet de changer en temps réel l'écoulement de
puissance du réseau en changeant dyriamiquement l'impédance
des lignes, en commandant uniquement les interrupteurs
électroniques 7 après avoir ouvert les interrupteurs
mécaniques 5 sur certains conducteurs. Cette commande
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s'effectue à partir d'une unité centrale qui analyse
l'écoulement de puissance et envoie les signaux appropriés
aux différents récepteurs de commande pour fermer ou ouvrir,
en régime dynamique, les différents interrupteurs
5 électroniques.
En se référant maintenant à la figure 2, on peut voir
deux tronçons de ligne adjacents chacun muni de paires
d'interrupteurs 6. Pour une longueur de tronçon donnée, les
paires d'interrupteurs 6 doivent être capables de commuter
10 une valeur de tension donnée. Plus le tronçon est long, plus
la tension que les paires d'iriterrupteurs 6 doivent commuter
et que les entretoises et les palonniers du tronçon de ligne
doivent supporter est élevée. Par exe:mple, dans la figure 1,
supposons que les paires d'interrupteurs 6 peuvent commuter
15 10,000 volts, cela détermine une longueur de tronçon
maximale. Si l'on veut doubler la longueur du tronçon tout
en utilisant des paires d'interrupt:eurs adaptés pour une
tension de 10,000 volts, on peut utiliser la configuration
montrée à la figure 2.
En se référant maintenant à la figure 3, on propose une
configuration pour doubler la longueur du tronçon de ligne
montré à la figure 1 en utilisant des paires de commutateurs
6 aptes à commuter une tension de 20,000 volts. Toutefois,
pour limiter la tension que dE=_vront supporter les
entretoises et les palonniers du tronçon de ligne à 10,000
volts, les paires de commutateurs seront disposés
substantiellement au milieu du tronçon.
En se référant maintenant aux figures 4 et 5, on
propose des configurations semblables à celles montrées aux
figures 1 et 3 pour dégivrer unE: ligne de transport
d'énergie lorsque celle-ci est hors tension. Il est
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important de noter que la présente invention peut très bien
dégivrer une ligne de transport d'énergie lorsque celle-ci
est sous tension. Cependant, dans le cas où l'on effectue un
dégivrage lorsque la ligne est hors tension, on utilise
alors une source de courant externe 96 par exemple une
source de courant montée sur camion que l'on branche de part
et d'autre des paires d'interrupteurs 6 par des pinces 98.
En faisant passer du courant dans un ou quelques uns des
conducteurs, on dégivre la ligne de transport.
En se référant maintenant à la figure 6, on peut voir
un dispositif de commutation électromécanique qui regroupe
des interrupteurs électromécaniques 5. Chaque interrupteur
électromécanique 5 est destiné à être branché en série avec
un des conducteurs du tronçon de ligne. Des contacts
conducteurs mobiles 22 sont branchés respectivement aux
bornes 18. Des contacts conducteurs fixes 24 sont branchés
respectivement aux bornes 20. Les co:ntacts conducteurs fixes
24 sont respectivement associés aux contacts conducteurs
mobiles 22. Chacun des contacts conducteurs mobiles ou
chacun des contacts conducteurs fixes présente une surface
conductrice de contact partiellement discontinue 26. Dans le
cas présent, les contacts conducteurs mobiles 22 sont munis
desdites surfaces de contact partiel:Lement discontinues 26.
Un dispositif de guidage qui n'est pas montré sur cette
figure 6 est prévu pour guider les contacts conducteurs
mobiles 22 par rapport aux contiacts conducteurs fixes
correspondants 24 selon des parcours donnés. Les surfaces de
contact partiellement discontinues 26 sont agencées de sorte
que tout au long des parcours il y a toujours au moins une
connexion entre un des contacts conducteurs mobiles et un
des contacts conducteurs fixes. De plus, un moyen moteur qui
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n'est pas montré sur cette figure 6 est prévu pour déplacer
les contacts conducteurs mobiles le long du parcours.
La partie de chaque contact conducteur mobile qui
présente la surface de contact partiellement discontinue 26
est appelée tige de commutation. Les bornes 18 sont reliées
aux contacts mobiles par des isolateurs de traverse 28 qui
isolent le conducteur 25 du conducteur 23.
En se référant maintenant à la figure 7, on peut voir
un exemple de diagramme logique montrant sept positions
possibles d'un dispositif de commutation électromécanique
comportant quatre interrupteurs électromécaniques par
rapport aux quatre conducteurs d'une ligne de phase, selon
la présente invention. Dans le tableau, le chiffre 0 indique
que le conducteur est ouvert tandis que le chiffre 1 indique
que le conducteur est fermé.
En se référant maintenant à la figure 8, on peut voir
une représentation schématique d'un dispositif de
commutation électromécanique qui réalise le diagramme
logique montré à la figure 7. On peut voir selon l'axe
horizontal les différentes positions 1 à 7 que peut occuper
le dispositif de commutation. On peu.t voir également selon
les axes verticaux, les quatre conducteurs 4 qui sont
numérotés de 1 à 4. Quelle que soit la position des contacts
mobiles 22, au moins un des conducteurs de la ligne de phase
est toujours en position de faire passer du courant.
En se référant maintenant aux f igures 9 à 14, on peut
voir un mode de réalisation ;préférentiel où les
interrupteurs électromécaniques d'une même ligne de phase
sont regroupés dans un seul dispositif de commutation
électromécanique. La figure 11 montre de façon complète le
dispositif montré à la figure 9 dans la position d'opération
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numéro 1 du diagramme logique montré à la figure 7. La
figure 12 montre de façon complète le dispositif de
commutation montré aux figures 9 et il, dans la position
d'opération numéro 7 du diagramme logique montré à la figure
7. Ce dispositif de commutation élec:tromécanique comprend un
bâti 35, des bornes 20 montées sur le bâti 35 et branchées
respectivement à des premières sections des conducteurs de
la ligne de phase (non montré), et des contacts conducteurs
fixes 24 branchés aux bornes 20.
Le dispositif de commutation électromécanique comprend
également des bornes 18 montées sur le bâti 35 et branchées
respectivement à des deuxièmes sections des conducteurs de
la ligne de phase (non montré). Le dispositif de commutation
électromécanique comprend également iun chariot mobile apte à
se déplacer par rapport au bâti 35 le long d'un parcours. Ce
chariot comporte des contacts conducteurs mobiles 22
branchés aux bornes 18. Les contacts conducteurs mobiles 22
ont respectivement des surfaces conductrices partiellement
discontinues 26 agencées les unes par rapport aux autres
pour que tout au long du parcours, au moins un des
conducteurs de la ligne de phase: soit fermé par une
connexion entre au moins un des contacts conducteurs mobiles
22 et au moins un des contacts conducteurs fixes 24.
Le dispositif de commutation électromécanique comprend
également un dispositif de guidage pour guider le chariot le
long de son parcours. Ce dispositif de guidage comprend des
rails 36 montés sur le bâti 35, et des roulements linéaires
34 montés sur le chariot et aptes à glisser le long des
rails 36. Des câbles flexibles 39 connectent les contacts
conducteurs mobiles 22 aux bornes 16. Les flèches montrées
sur les figures 9, il et 12 montrent un sens de déplacement
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possible du chariot.
Un dispositif moteur est prévu pour déplacer le chariot
le long de son parcours. Ce dispositif moteur est contrôlé
par le circuit montré à la figure :L6. Ce dispositif moteur
comprend un moteur 40 monté dans le bâti. Il comprend
également un réducteur de vitesse 50 couplé au moteur 40.
Une vis mère 52 est prévue. Elle a une de ses extrémités
connectée au réducteur de vitesse 50 et son autre extrémité
54 fixée à un point d'ancrage du bâti. Ce dispositif moteur
comprend également un berceau 56 apte à se déplacer le long
de la vis mère 52. Le berceau 56 est solidaire avec le
chariot pour le déplacer lorsque le moteur 40 est actionné.
Un dispositif de régularisation est prévu pour
régulariser le mouvement du chariot durant son parcours. Ce
dispositif de régularisation comprend une tige flexible à
ressort 42 ayant une extrémité connectée au chariot et une
autre extrémité munie d'un élément de positionnement 44. Le
dispositif de régularisation comprend également un membre
allongé 46 monté sur le bâti 35 et muni d'encoches 48
positionnées en relation avec le parcours du chariot et
aptes à coopérer avec l'élément de positionnement 44 durant
le parcours du chariot de façon à le stabiliser dans
différentes positions d'opération.
En opération, lorsque le moteur 40 est actionné, une
force tend à déplacer le chariot mais dans un premier temps,
1'élément de positionnement 44 résiste à ce déplacement.
Puis, après un certain temps lorsque :la force est suffisante
pour contrecarrer l'effet de la tige flexible à ressort 42,
l'élément de positionnement 44 sort de son encoche et va se
positionner rapidement dans l'encoche suivante. Ceci permet
un déplacement rapide des contacts nlobiles 22 en relation
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avec des positions prédéterminées.
L'appareil comprend en outre un dispositif indicateur
pour indiquer la position d'opération actuelle du chariot.
Le dispositif indicateur comprend une tige flexible à
5 ressort 41 ayant une de ses extrémités connectée au chariot
et son autre extrémité munie d'un élément indicateur 39. Le
dispositif indicateur comprend également une partie de paroi
externe du bâti 35 qui est munie de trous 37 positionnés en
relation avec le parcours du chariot. Ces trous 37 sont
10 aptes à coopérer avec l'élément indicateur 39 durant le
parcours du chariot de façon à indiquer à un observateur
externe au bâti 35 la position d'opération actuelle du
chariot.
L'élément indicateur 39 qui peut être par exemple une
15 bille de couleur rouge est relié aux roulements linéaires 34
par la tige flexible à ressort 41.. Lorsque le roulement
linéaire bouge, il entraîne avec 11-ii la bille qui bouche
alors une des ouvertures 37 pour inciiquer à un observateur
extérieur au bâti la position des contacts mobiles 22.
20 En se référant maintenant plus spécifiquement aux
figures 9 et 10, on peut voir que le dispositif de
commutation électromécanique présente quatre interrupteurs
électromécaniques 5. La figure 10 montre une vue en coupe
partielle et schématique du dispositif de commutation
électromécanique dans laquelle on peut voir la disposition
des tiges conductrices 22 par rapport aux rails 36. Un
isolant électrique 38 est prévu pour isoler les tiges de
commutation les unes par rapport aux autres.
En se référant maintenant à la figure 15, on peut voir
selon un autre mode de réalisation préférentiel comment
quatre interrupteurs électromécaniques d'une même ligne de
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phase peuvent être regroupés dans un dispositif de
commutation électromécanique. Ce dispositif de commutation
électromécanique comprend un bâti 35, des bornes 18 montées
sur le bâti 35 et branchées respectivement à des premières
sections des conducteurs de la ligne de phase (non montré),
et un chariot mobile apte à se déplacer par rapport au bâti
35 le long d'un parcours.
Le chariot comporte des contacts conducteurs mobiles 22
branchés aux bornes 18. Le dispositif de commutation
électromécanique comprend également des bornes 20 montées
sur le bâti et branchées respectivement à des deuxièmes
sections des conducteurs de la ligne de phase (non montré)
De plus, le dispositif de commutation électromécanique
comporte des contacts conducteurs fixes 24 branchés aux
bornes 20. Les contacts conducteurs fixes 24 ont
respectivement des surfaces conductrices partiellement
discontinues 26 agencées les unes par rapport aux autres
pour que tout au long du parcours du chariot au moins un des
conducteurs de la ligne de phase soit fermé. Ce dispositif
de commutation électromécanique comprend également un
dispositif de guidage et un dispositif moteur semblables à
ceux montrés aux figures 9 à 14.
Ainsi, comme on peut le voir dans le mode de
réalisation montré à la figure 15, les surfaces de contact
26 sont sur les contacts fixes 24 et les contacts mobiles 22
sont réalisés par des curseurs qui. sont solidaires des
roulements linéaires 34 guidés paa. les rails 36. Des
isolants 38 sont prévus pour isoler les deux contacts
mobiles 22, l'un par rapport à l'autre.
En se référant maintenant à la figure 16, on peut voir
un mode de réalisation préférentiel d'une unité qui comprend
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le dispositif de commande et une partie du dispositif de
détection. L'unité comprend un processeur 70 ayant un
premier port d'entrée 74 pour recevoir des signaux
indicatifs des positions d'opération des interrupteurs, des
seconds ports d'entrée 76 pour recevoir des signaux
indicatifs des tensions aux bornes des paires
d'interrupteurs, et des sorties 77 et 79 pour générer des
signaux de commande. Le dispositif comprend également un
émetteur radiofréquence 66 branché au processeur 70 pour
émettre des signaux indicatifs des positions d'opération des
interrupteurs, et des tensions aux bornes des paires
d'interrupteurs. Un récepteur radiofréquence 64 est
également prévu. Le récepteur 64 et l'émetteur 66 sont
respectivement munis d'antennes 68. Le récepteur 64 est
branché au processeur 70 pour recevoir des signaux
radiofréquences de commande à partir desquels les signaux de
commande sont produits. L'unité comprend également un
amplificateur 72 branché au processeur 70 pour commander le
moteur 40 en fonction des signaux de commande.
Un dispositif d'alimentation électrique est prévu pour
alimenter le processeur 70, le récepteur 64, l'émetteur 66
et l'amplificateur 72. Ce dispositif d'alimentation
électrique comprend une première source d'alimentation
électrique 78 comportant une batterie 82 et un capteur
solaire 80 branché à la batterie 82. Ce dispositif
d'alimentation électrique comprend également une seconde
source d'alimentation électrique 81 branchée en parallèle à
la première source d'alimentation électrique 78, et ayant
des entrées 83 branchées aux conducteurs d'une ligne de
phase. Ainsi, lorsqu'un des condlucteurs est ouvert,
l'alimentation peut se faire à partir de ce conducteur au
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moyen de l'alimentation 81 via une des entrées 83.
Le processeur 70 comprend également un port de
communication 75 relié à un compte--tour de la vis mère 52
pour connaître sa position. Le port 74 du processeur 70 sert
à recevoir un signal représentatif de la position du chariot
du dispositif de commutation électromécanique qui regroupe
les interrupteurs électromécaniques pour une même ligne de
phase. La position du chariot est représentative de la
position de chacun des interrupteurs électromécaniques qui y
sont associés.
Le récepteur 64 et l'émetteur 66 permettent
respectivement de recevoir et d'émettre des signaux
radiofréquences. Les paires d'inter:rupteurs sont actionnés
en fonction des signaux radiofréquences reçus. Les signaux
radiofréquences émis par l'émetteur 66 permettent de
confirmer la réception des signaux radiofréquences de
commande et éventuellement l'exécution des commandes
effectuées. Le récepteur 64 est apte en permanence à
recevoir les signaux radiofréquences à distance qui sont
codés.
Selon une façon préférentielle de procéder, on transmet
un premier code contenant une identification d'une paire
d'interrupteurs, une fenêtre de temps et ainsi qu'un mot de
passe. Ensuite, on transmet un second code contenant une
identification de la paire d'interrupteurs à actionner, la
commande à effectuer, une information relative au temps à
laquelle ladite commande doit être effectuée ainsi que le
mot de passe. La commande associée au second code est
effectuée seulement si le mot de passe du second code
correspondant à celui du premier code, et si le temps
d'exécution du second code est à l'intérieur de la fenêtre
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de temps définie dans le premier cod.e.
L'émetteur 66 qui fonctionne de façon intermittente ou
en continu confirme la commande reçue, le temps d'exécution
de la commande, l'état des batteries et la tension dans les
conducteurs. L'information relative à la tension aux bornes
d'un conducteur ouvert permet en même temps de déterminer le
courant qui passe à travers les autres conducteurs qui sont
fermés. Un récepteur et un émetteur de zone qui ne sont pas
illustrés sont également prévus pour recevoir des données de
cellules de charge (montré aux figures 18, 19 et 20) qui
sont montées sur les lignes de phase et retransmettre les
données reçues des cellules de charge à distance à un poste
de commande central (non montré).
Selon un mode d'opération préféré, l'émetteur de la
cellule de charge peut être mis en opération de façon
intermittente pour transmettre différentes données sur
demande ou à période fixe. Par exemple, un émetteur de 5 W
pourrait fonctionner durant une milliseconde à toutes les
quinze minutes.
En se référant maintenant à la :figure 17, on peut voir
une vue de face d'un pylône muni de modules 92 selon la
présente invention qui sont supportés par des supports 90.
Chaque module 92 comprend l'unité mon.trêe à la figure 16 et
un dispositif de commutation électromécanique comme celui
montré à la figure 11 ou 15.
En se référant maintenant à la figure 18, on peut voir
une vue de côté du pylône montré à la figure 17. Sur cette
figure, on peut voir que les modules 92 n'ont pas à
supporter la tension mécanique qui est présente dans la
ligne de transmission 94. De plus, on peut voir quatre
cellules de charge 91 qui sont montées sur les lignes de
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phase.
En se référant maintenant à la figure 19, on peut voir
une vue de côté d'un pylône électrique où l'on montre une
seconde façon de soutenir les modules 92. Également, on peut
5 voir sur cette figure quatre cellule:s de charge 91 qui sont
montées sur les lignes de phase.
En se référant maintenant à la figure 20, on peut voir
un schéma bloc d'une cellule de charge. De préférence, une
partie du dispositif de détection se trouve dans le circuit
10 montré à la figure 16, et l'autre partie est réalisée par
les cellules de charge. Chaque cellule de charge comprend de
préférence un processeur 110, une alimentation électrique
116 munie d'au moins une batterie 117, un capteur solaire
118 relié à l'alimentation électrique 116, un émetteur 112
15 muni d'une antenne 114, un senseur de charge 120, un senseur
d'inclinaison 122 et un senseur de température 124.
Le senseur de charge 120 est pour mesurer une valeur de
charge supportée par la ligne de pliase correspondante. Le
senseur d'inclinaison 122 est pour mesurer l'inclinaison de
20 la cellule de charge par rapport à un axe vertical. Le
senseur de température 124 est pour mesurer une température
ambiante. L'émetteur radiofréquence 112 est pour émettre des
signaux indicatifs de la valeur de charge, de l'inclinaison
et de la température ambiante.
25 Le capteur solaire 118 et la batterie 117 alimentent la
cellule de charge. Les cellules de charge sont utilisées
pour mesurer la charge de verglas. Elles permettent aussi de
mesurer les paramètres du galop de la ligne. A partir des
cellules de charge, on détermine la mise en service du
système de dégivrage ou confirme le succès de l'opération de
dégivrage. Plusieurs cellules de charge peuvent être
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associées à un tronçon de ligne. L'information émise par les
différentes cellules de charge est. transmise à un poste
central (non montré) qui commande les modules 92 montrés aux
figures 17, 18 et 19.
En se référant maintenant aux figures 1, 16 et 20, nous
décrirons une méthode de commutation selon la présente
invention qui comprend les étapes suivantes (a) détecter des
conditions d'opération courantes du tronçon de la ligne de
transport d'énergie électrique, et (b) commander des paires
d'interrupteurs électromécaniques 6 en fonction des
conditions d'opération détectées à 1_'étape (a) pour ouvrir
et fermer de façon sélective les conclucteurs de chaque ligne
de phase de façon à conduire le courant de phase
correspondant à travers un ou plusieurs conducteurs. Des
signaux de commande sont prévus pour que les interrupteurs
de chaque paire puissent être commandés de façon
indépendante.
De préférence, on peut faire la commande des paires
d'interrupteurs pour que lors d'une fermeture d'une paire
d'interrupteurs, on produise des signaux de commande causant
une fermeture de' l'interrupteur électronique avant une
fermeture de l'interrupteur électromé:canique, et lors d'une
ouverture d'une paire d'interrupteurs, produire des signaux
de commande causant une ouverture de l'interrupteur
électromécanique avant une ouverture de l'interrupteur
électronique. Cette façon de procéder permet de faire la
commutation de façon sécuritaire.
L'étape (a) de la méthode selon la présente invention
peut comprendre de façon préférentielle les étapes suivantes
(i) détecter des positions d'opération des interrupteurs,
(ii) mesurer des tensions aux bornes des paires
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d'interrupteurs, (iii) mesurer pour chaque ligne de phase
une valeur de charge qui est supportée au moyen de cellules
de charge 91, des inclinaisons des cellules de charge 91 par
rapport à un axe vertical, et des températures ambiantes aux
cellules de charge 91, (iv) émettre des signaux
radiofréquences indicatifs des posoitions d'opération des
interrupteurs, des tensions,. des valeurs de charge, des
inclinaisons et des températures ambiantes, (v) suite à
l'étape (iv), recevoir au moyen du récepteur 64 des signaux
radiofréquences de commande, et (vi) produire les signaux de
commande en fonction des signaux radiofréquences de
commande. Les signaux de commande sont générés aux sorties
77 et 79.
En se référant maintenant à la figure 21, on peut voir
une vue en perspective d'un des modules 92 montré aux
figures 17, 18 et 19. On peut voir les bornes 18 du
dispositif de commutation, ainsi -que les isolateurs de
traverse 28. On peut voir également les ouvertures 37 ainsi
que la bille 39 qui servent à indiquer la position des
contacts mobiles à un technicien se trouvant sur les lieux.
En se référant maintenant à la figure 22, on peut voir
une vue de face d'une entretoise standard 110. De par sa
construction, cette entretoise isole électriquement les
quatre conducteurs les uns par rapport aux autres mais
l'isolation en question est insuf'fisante si l'on veut
appliquer la présente invention sur des tronçons de ligne
relativement longs.
En se référant à la figure ,23, cin peut voir une
entretoise 112 dont on a augmenté la capacité d'isolation en
réalisant certaines parties 114 avec un matériau isolant
comme par exemple un polymère ou de la céramique.
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En se référant maintenant à la figure 24, on peut voir
une vue de face d'une autre entretoise 116 dont on a
augmenté la capacité d'isolation en réalisant une partie 118
avec un matériau isolant comme par exemple un polymère ou de
la céramique.
En se référant maintenant à la figure 25, on peut voir
une vue de face d'un palonnier standard 120. De par sa
construction, ce palonnier qui est monté sur le pylône
n'isole pas électriquement les quatre conducteurs les uns
par rapport aux autres.
En se référant maintenant à la figure 26, on peut voir
une vue de face d'un palonnier 122 dont on a isolé les
pinces qui supportent les conducteurs en réalisant certaines
parties 124 avec un matériau isolar.it comme par exemple un
polymère ou de la céramique.
En se réfêrant maintenant à la figure 27, on peut voir
un mode de réalisation préférentiel d'une paire
d'interrupteurs 6 montrés aux figur.es 1 à 5. Ce mode de
réalisation permet de protéger les interrupteurs
électronique et électromécanique 7 et 5. Ainsi,
parallèlement aux interrupteurs électronique et
électromécanique 7 et 5, on ajoute un éclateur à semi-
conducteur tel qu'une diode avalanche ou un varistor 100
pour assurer la conduction en cas de surtension et protéger
les interrupteurs. De plus, pour assurer la continuité de la
ligne en cas d'un défaut majeur, un éclateur à déclenchement
thermique 102 peut être mis en parallèle avec les
interrupteurs. Cet éclateur 102 devient court-circuit si
suffisamment d'énergie est dissipée pour faire fondre le fil
de retenue du mécanisme à ressort.
En se référant maintenant aux figures 28 et 29, on peut
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voir respectivement l'éclateur à déclenchement thermique 102
dans une position armée et dans une position activée. Les
flèches montrées dans ces figures indiquent le sens de
fermeture des contacts. L'éclateur 102 comprend un contact
fixe 122 relié à un conducteur 120 Eat un contact mobile 124
relié au conducteur 130. Le contact mobile 124 est retenu
par un fil fusible 128 et est armé au moyen d'un ressort
126. Lorsque le courant est suffisarit, celui-ci fait fondre
le fil fusible 128 qui cède, et le: ressort 126 pousse le
contact mobile 124 vers le contact f_i.xe 122.
En se référant maintenant à la figure 30, on peut voir
un autre mode de réalisation d'un éclateur à déclenchement
thermique 102. Cet éclateur 102 comprend un contact fixe 142
et un contact mobile 138 qui est re1tenu par un fil fusible
140 et une manette de déclenchement 134. Le contact mobile
est armé au moyen d'un ressort 136. Lorsque le fil fusible
cède, le ressort 136 pousse le contact mobile 138 vers le
contact fixe 142.
En se référant maintenant à la figure 31, on peut voir
un autre mode de réalisation pour inonter les cellules de
charge 91. Celles-ci sont montées par rapport au palonnier
93.
