Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02256791 1999-O1-11
1
PROCÉDÉ DE FERMETURE SYNCHRONE DE DISJONCTEUR
L'invention concerne un perfectionnement à une commande de
fermeture synchrone d'un disjoncteur à commande hydraulique, notamment un
disjoncteur très haute tension placé dans un réseau à courant alternatif.
Lors de la fermeture d'un tel disjoncteur sur une charge placée dans un
réseau à courant alternatif, on observe dans la majorité des cas) des régimes
transitoires de courant etlou de tension.
L'amplitude de ces régimes dépend de la nature de la charge d'une part
(ligne, réactance, transformateur, banc de condensateurs,...) et d'autre part,
de
l'instant de la période de tension pour lequel à lieu la mise sous tension.
l0 Afin de minimiser ces régimes transitoires qui engendrent des
surtensions et/ou des surintensités en réseau, on a déjà conçu des commandes
de fermeture dites synchrones agencées pour fermer chaque pôle du disjoncteur
de façon contrôlée en coïncidence avec un instant où dans la période de la
tension, le régime transitoire est nul pour la tension ou le courant. A titre
d'exemple sur la figure 1, la mise sous tension d'une réactance shunt est
optimale pour le régime transitoire du courant si l'instant de mise sous
tension
indiqué par t2 coïncide avec un instant où la tension atteint un extremum Vmax
le courant s'établira alors dans la charge à l'instant t2, sans aucun régime
transitoire, suivant la loi sinusoïdale I=Im~.sinw (t-t2). Ce résultat peut
ëtre
obtenu en affectant à l'instant indiqué par t0 pour lequel la commande reçoit
l'ordre de fermeture du pôle, deux retards successifs appropriés
t un retard K1 compté depuis un instant où la tension est nulle
~ un retard K2 en principe constant, correspondarit au laps de temps
nécessaire à la fermeture du pôle à l'instant t2, compté depuis
l'instant t1. Ce délai est essentiellement lié au temps mécanique K2'
de manoeuvre des contacts du disjoncteur et au temps de
préamorçage de l'arc électrique K2" qui se créer entre les contacts du
pôle (qui est toujours constant)
La réussite de la fermeture synchrone d'un pôle de disjoncteur est donc
3 0 particulièrement conditionnée par la constance, dans le temps, de la durée
K2'
de fonctionnement de la commande hydraulique du disjoncteur. A titre
d'exemple; pour un réseau à 60Hz et une fermeture sur réactance, le régime
transitoire du courant maximal admissible, exige une fermeture à une valeur de
tension maximale Vmax avec une précision inférieure ou égale à 1 ms.
On a constaté que dans les disjoncteurs à commande hydraulique
ûtilisant des huiles dites ~ grands froids ~, la répétitivité du temps
mécanique K2'
CA 02256791 1999-O1-11
2
est largement assurée entre -40~C et +50~C avec la précision requise, lors de
manoeuvres très fréquentes. Par contre, si le disjoncteur est resté ouvert
pendant un laps de temps important (plusieurs mois par exemple), l'expérience
montre que le temps mécanique K2' de la première fermeture succédant à cette
veille est entachée d'une erreur incompatible avec une fermeture synchrone.
L'origine de cette erreur est liée au phénomène dit de ~ gommage ~ des joints
toriques en caoutchouc synthétique chargés d'assurer l'étanchéité de la tige
de
sortie des vérins de la commande hydraulique. Cette difficulté est d'autant
plus
importante que les paramètres influençant cette erreur sont, outre le temps de
1 o veille, nombreux et mal connus.
Le but de l'invention est de remédier à cette difficulté de façon simple.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fermeture synchrone
d'un disjoncteur à commande hydraulique monté dans un réseau à courant
alternatif, consistant pour chaque pôle du disjoncteur, à effectuer dans un
micro-
5 contrôleur relié à la commande hydraulique par des interrupteurs statiques
les
étapes suivantes
sur réception d'un ordre de fermeture, commander les interrupteurs
statiques pour assurer la fermeture dudit pôle ;
attendre un signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa
2 0 position d'ouverture et sa position de fermeture ;
sur réception dudit signal, commander les interrupteurs statiques pour
assurer l'ouverture dudit pôle ;
détecter un passage de la tension sur le réseau à uné valeur nulle ;
attendre un certain laps de temps à compter de ladite détection avant de
2 5 commander les interrupteurs pour assurer la fermeture dudit pôle, ce laps
de
temps étant tel que la fermeture complète dudit pôle s'effectue en coïncidence
avec un instant où la tension sur le réseau atteint une valeur caractéristique
dépendante de la nature de la charge à mettre sous tension, par exemple un
extremum dans le cas d'une réactance shunt.
3 0 De façon avantageuse, la séquence - commander les interrupteurs
statiques pour fermer ledit pôle ; attendre un signal indicatif d'un certain
déplacement dudit pôle entre sa position d'ouverture et sa position de
fermeture ; sur réception dudit signal commander les interrupteurs statiques
pour
ouvrir ledit pôle - est répétée plusieurs fois, si une grande précision de
fermeture
35 synchrone est requise. La précision peut encore être améliorée si le micro-
contrôleur mesure, dans cette séquence, le temps séparant l'instant où il
CA 02256791 1999-O1-11
3
commande les interrupteurs statiques pour fermer ledit pôle et l'instant où il
reçoit ledit signal indicatif d'un certain déplacement dudit pôle entre sa
position
d'ouverture et sa position de fermeture, et répète cette séquence jusqu'à ce
que
ledit temps mesuré soit égal à une valeur prescrite.
Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci-
après plus en détails et illustré sur les dessins.
La figure 1 montre très schématiquement les instants critiques de la
commande de fermeture en fonction de la tension et du courant sur un réseau à
.
courant alternatif.
1 o La figure 2 illustre très schématiquement l'architecture d'une commande
numérique synchrone de fermeture d'un disjoncteur pour la mise en oeuvre du
procédé selon l'invention, dans le cas où la charge à mettre sous tension est
une
réactance.
La figure 3 est un synoptique illustrant le fonctionnement d'une telle
commande numérique de fermeture synchrone sur une réactance.
Sur la figure 1) on rappelle que t0 correspondant à l'instant où la
commande reçoit un ordre de fermeture ; t2 correspond à l'instant où la
fermeture d'un pôle est effective et coïncide avec un instant où la tension
V(t)
atteint une valeur caractéristique; tl correspond à l'instant où la arn-
mande hydraulique est déclenchée pour fermer le pôle; K1 et K2 ont déjà
été expliqués plus haut. K2 est généralanent établi préalablement sur la
base de nnesures exprérimentales. K1 est ccalculé sur la base de la relation
suivante: K1 + IC2 est uw miltiple du quart de période de la tension sur
le réseau; K1 étant positif. A titre d'exanQle, pour un réseau à 50Hz,
si K2 vaut 17 ms . on a K1 qui vaut 3ms .
La figure 2 montre très schématiquement une commande de fermeture
synchrone à architecture numérique pour un pôle 1 d'un disjoncteur avec des
contacts de puissance fixes 2 et des contacts mobiles 3. Les contacts mobiles
3
sont déplacés dans 1e pôle par une tige de manoeuvre 4 entraînée par à un
vérin
5 avec des joints toriques d'étanchéité 6. La ,commande hydraulique du vérin
inclut des bobines 10,11 qui agissent sur des électrovannes 12,13. La
commande de fermeture proprement dite comprend essentiellement un micro-
contrôleur 7 relié aux bobines 10,11 par des interrupteurs statiques 8, 9. Le
micro-contrôleur est aussi relié à des capteurs de position 14 et 15 liés au
déplacement des contacts mobiles. Cette architecture numérique de la
commande est plus particulièrement décrite dans le brevet FR-2692085. Le
fonctionnement habituel d'une telle commande de fermeture est le suivant.
CA 02256791 1999-O1-11
4
Quand le pôle est ouvert, le capteur de position 14 envoie un signal ACO au
micro-contrôleur 7 indicatif de l'état ouvert du pôle qui maintient les
interrupteurs
statiques 8 et 9 ouverts.
Lorsque le micro-contrôleur reçoit un ordre de fermeture F, il envoie un
signal SIC pour fermer l'interrupteur statique 9, alimenter la bobine 17 et
activer
l'électrovanne de fermeture 13. Le vérin 5 entraîne la tige 4 associée aux
contacts mobiles. Un certain déplacement des contacts mobiles 3 désactive le
capteur 14, par exemple un déplacement de 12 mm pour une course totale de
170mm, ce qui est détecté par le micro-contrôleur 7 qui ne reçoit plus le
signal
l0 ACO. Le micro-contrôleur arréte d'envoyer le signal SIC à l'interrupteur
statique
9 qui s'ouvre, sans pour autant fermer l'électrovanne 13 qui reste ouverte
grâce
à une rétroaction hydraulique non représentée.
Lorsque la course du vérin est telle que les contacts mobiles sont fermés
et arrivent environ 12mm de leur course finale, le capteur 15 fournit un
signal
ACC qui est détecté par le micro-contrôleur 7. L'opération de fermeture
classique est terminée. Lorsque le micro-contrôleur reçoit un ordre
d'ouverture
O, il commande la fermeture de l'interrupteur statique 8 par un signal SIO, ce
qui
alimente la bobine 10 qui active l'électrovanne d'ouverture 12. L'ouverture du
pôle est réalisée de façon symétrique à la fermeture en ce qui concerne les
2 0 capteurs 14 et 15.
En se reportant maintenant au synoptique de la figure 3 constitué de
transitions et d'étapes, la fermeture synchrone du pôle 1 sur une réactance
avec
suppression de l'effet de gommage du joint 6 s'effectue de la façon suivante.
A la transition T1, sur réception d'un ordre de fermeture F et du signal
2 5 ACO indicatif de l'état ouvert du pole, le micro-contrôleur 7 (étape 30)
envoie le
signal S1C à l'interrupteur statique 9 qui actionne l'électrovanne de
fermeture 13
et il déclenche une horloge H .
A la transition T2, sur détection d'une absence de réception du signal
ACO, cette absence de signal ACO indiquant que le pole n'est plus ouvert, le
30 micro-contrôleur 7 arrête l'horloge H qui a mesuré un temps dT, cesse
d'envoyer
le signal de fermeture SIC à l'interrupteur statique 9 et envoie le signal
d'ouverture SIO à l'interrupteur statique 8 pendant environ un temps K3 assez
long d'environ 30ms, c'est-à-dire le temps nécessaire pour obtenir une
ouverture
complète du pole (étape 31 ). Le temps d'attente dT peut être plus ou moins
long
3 5 en fonction de l'effet de gommage exercé par le joint 6. A noter que le
micro-
contrôleur passe la transition T2 dès que le vérin a réussi à supprimer cet
effet
CA 02256791 1999-O1-11
de gommage, c'est-à-dire quand la tige 4 a pu effectuer une course d'au moins
12mm.
A la transition T3, sur détection de la réception du signal ACO indicatif
de l'ouverture du pole, le micro-contrôleur 7 compare le temps mesuré dT à un
5 seuil de référence TREF (étape 32). Pendant cette étape, le micro-contrôleur
7
peut calculer le retard K1 comme indiqué plus haut.
A la transition T4, si dT est supérieur à TREF, le micro-contrôleur 7
reprend le traitement à l'étape 30. A noter que cette boucle peut ëtre répétée
_
autant de fois que nécessaire jusqu'à obtenir une valeur dT constante assurant
1 o une parfaite suppression de l'effet de gommage du joint du vérin.
A la transition T5, si dT est inférieure ou égale â REF et que le micro-
contrôleur détecte un passage de la tension V(t) sur le réseau à une valeur
nulle
(cette tension étant numérisée dans un convertisseur 16 relié au micro-
contrôleur), le traitement se poursuit à l'étape 33 dans laquelle le micro-
contrôleur démarre la temporisation de durée K1.
A la transition T6, quand la temporisation K1 est échue, le micro-
contrôleur envoie (étape 34) le signal de fermeture SlC à l'interrupteur
statique 9
qui actionne l'électrovanne 13 pour la fermeture synchrone du pôle.
A la transition T7, sur détection de l'absence de réception du signal
2 0 ACO, cette absence traduisant que le pole n'est plus ouvert, le micro-
contrôleur
cesse d'envoyer (étape 35) le signal de fermeture SIC à l'interrupteur
statique 9.
On comprendra que le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre
un capteur supplémentaire placé entre les capteurs 14,15 pour permettre un
débattement plus important de la course du vérin pendant la séquence de
suppression de l'effet de gommage. En particulier) ce signal fourni par ce
capteur supplémentaire peut servir pour régler le temps dT. Par ailleurs, le
micro-contrôleur peut facilement étre programmé pour corriger en temps réel le
retard K2 en fonction de paramètres tels que la température, la pression de
l'huile du vérin, la tension +T-T appliquée aux bobines 10 et 11 des
3 0 électrovannes afin d'obtenir une fermeture synchrone encore plus précise.
