CA1084998A - Procede et generateur d'essai pour dispositif de protection - Google Patents
Procede et generateur d'essai pour dispositif de protectionInfo
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- CA1084998A CA1084998A CA291,642A CA291642A CA1084998A CA 1084998 A CA1084998 A CA 1084998A CA 291642 A CA291642 A CA 291642A CA 1084998 A CA1084998 A CA 1084998A
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Abstract
Procédé et générateur d'essai pour simuler les conditions de fonctionnement d'une dispositif de protection d'un réseau à basse, haute ou très haute tension alternative. Le générateur comporte une branche de tension reliée au dispositif de protection pour produire une impulsion d'amorçage et une branche d'injection montée en parallèle avec cette branche de tension pour produire à travers le dispositif sous essai un courant de suite de valeur correspondante à celle du courant injecté par le réseau dans ce dispositif de protection lorsque celui-ci est en service. Une branche résonnante est reliée à la branche d'injection pour former aux bornes du dispositif de protection une tension alternative correspondante à la tension du réseau. Le générateur peut également simuler une longue ligne de transport d'énergie ainsi que l'amorçage à répétition du dispositif sous essai. En outre, un amorçage du dispositif à tout angle de phase de la tension du réseau peut être effectué. Le procédé et le générateur sont particulièrement utiles pour des essais sur parafoudres.
Description
lQ~3499~3 La présente invention est relative a un générateur d'essai pouvant reproduire les conditions de fonctionnement de dispositis de protection susceptibles d'être utilisés sur un réseau ~ courant alternatif de basse, haute ou très haute tension, ces conditions de fonctionnement devant rencontrer des normes préétablies. Plus particulièrement, la présente invention vise un générateur simulant les conditions de service d'un dispositif de protection, tels que parafoudres, fusibles ou disjoncteurs li-miteurs de courants, ainsi qu'un procédé de simulation mis en oeuvre ~ar ce générateur.
Comme il est connu, un dispositif de protection a essen-tiellement pour but d'éviter que les appareils raccordés à un ré-seau d'alimentation, et ce réseau lui-même, subissent des dommages et dégâts, souvent irréparables, lorsqu'une surtension apparaît sur le réseau, ces surintensités pouvant être provoquées par une faute de commutation, la foudre ou toute autre cause. De tous les dispositifs de protection utilisés, la simulation sur banc d'essai des conditions de fonctionnement des parafoudres s'avère être présentement la plus complexe et la plus onéreuse. Le géné-rateur suivant la présente invention est particulierement bien adapté a reconstituer ou déterminer les conditions de fonctionne-ment des parafoudres, et ce à un coût très sensiblement réduit par rapport a celui des générateursd'essai classiques.
Dans le cas du parafoudre, tout générateur d'essai doit simuler a la fois l'impulsion de foudre ou de surtension qui amor-ce le parafoudre ainsi que le réseau a courant alternatif auquel ce~ui-ci est raccordé. Ainsi, l'essai de fonctionnement d'un parafoudre consiste ~ lui faire exécuter la tâche complète qu'il devra accomplir le plus fréquemment en service. Le dispositif est habituellement branché entre un conducteur électrique et la ~ -terre, en parallele et a proximité d'un autre appareil qu'il doit protéger en limitant la tension a ses bornes a une valeur prédé-1 -- :
. . .
.
lQ8499~
terminée. Lorsque la tension sur le conducteur atteint une cer-taine valeur de seuil V, due à une surtension interne sur le réseau ou ~ la foudre, le parafoudre s'enclenche et produit un court-circuit momentané à ce point afin d'en abaisser la tension. A ce moment, une impulsion de courant d'une durée de l'ordre de quel-ques microsecondes, causée par cette surtension, traverse le para-foudre.
En second lieu, le parafoudre fonctionne en sorte a éliminer graduellement le court-circuit qu'il a créé afin que le conducteur et le réseau retrouvent leur condition initiale. Cette fonction s'effectue habituellement à l'aide de résistances non-linéaires et d'electrodes-a-arc qui forcent a zéro et coupent le courant dit de suite traversant alors le parafoudre tout en main--tenant la tension totale aux bornes de ce dernier a une valeur inférieure a celle de Ia tension de seuil V.
La troisieme fonction du parafoudre, consiste a isoler le conducteur de la terre contre la tension alternative du réseau suivant l'interruption du courant de suite.
Le procédé de simulation et le générateur d'essai selon la présente invention permettent l'exécution des diverses fonc-tions du parafoudre ou autres dispositifs de protection, et ce de façon similaire a ceux des générateurs d'essai classiques, mais en utilisant une source de courant alternatif dont le coût nlest que 2 a 4% de celui des sources classiques. Le pr~sent générateur permet donc la réalisation d'essais a de tres hauts niveaux de tensions, lesquelles seraient economiquement inacces-sibles avec les circuits classiques, et la réalisation d'essais a faible tension à l'aide d'un générateur compact et facilement transportable.
~0~349~3 De façon plus spécifique, la présente invention réside en un générateur d'essai simulant les conditions de fonctionne-ment d'un dispositif de protection d'un réseau à courant alterna-tif de basse, haute ou tres haute tension, comportant une branche de tension reliée au dispositi~ de protection pour produire une impulsion d'amorçage du d.ispositif; une branche d'injection mon-tée en parallele avec ladite branche de tension pour produire un courant de suite de valeur correspondante a celle du courant injecté par ledit réseau dans ledit dispositif de protection lors-que celui-ci est en service; et une branche résonnante reliée a ladite branche d'injection, pour former aux bornes du dispositif de protection sous essai une tension alternative correspondante à celle dudit réseau.
La présente invention concerne également le procédé de simulation mis en oeuvre par le générateur d'essai décrit ci-haut.
Des modes de réalisation préférés de la présente inven-tion seront ci-apres décrits avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 illustre le montage d'un générateur d'essai ~.
classique; . la figure 2 montre les formes d'ondes de courants et de tensions produites par le g~nérateur d'essai de la figure l;
la figure 3 illustre un mode de réalisation du généra-teur pour essais sur parafoudres, selon la présente invention;
la figure 4 présente les formes d'ondes de courants et ,. .~ .
de tensions produites par le.générateur de la figure 3;
la figure 5 illustre une variante de la branche de ten-sion du générateur montré à la figure 3;
la figure 6 illustre une autre forme de réalisation du générateur d'essai de la présente invention pour essais répétitifs sur parafoudres;
les figures 7 et 8 montrent les formes d'ondes asso-, ~al34998 ciées au fonctlonnement du genérateur de la figure 6;
la figure 9 illustre une variante de la branche résis-tive du générateur de la figure 6;
la figure 10 présente une variante de la branche d'in-jection du générateur d'essai selon la présente invantion, pour la simulation d'une longue ligne de transmission;
la figure 11 illustre un autre mode de réalisation du genérateur d'essai selon la présente invention; et la figure 12 montre les formes d'ondes générées par l'ensemble de résonnance du générateur de la figure 11.
La figure 1 illustre un générateur d'essai de concep-tion classique pour effectuer un essai de fonctionnement sur un parafoudre désigné par 1, et la figure 2 montre les formes d'on-des produites par le genérateur de la figure 1. Initialement, le parafoudre 1 constitue un circuit ouvert et est exposé a la tension sinuso~dale nominale 14 d'un réseau. A un angle de phase de la tension prescrit par les normes et a l'instant 6, le commu-tateur 2 est fermé; ce qui produit aux bornes du parafoudre une surtension 10 suffisante pour l'amorcer, provenant du condensa-teur préchargé 3. A ce moment, une impulsion de courant 11 four-nie par le condensateur 3, passe dans le parafoudre et celui-ci court-circuite la source alternative 5 qui va fournir un courant de suite 12 a travers l'impédance inductive 4. Dans ce type de montage, la source alternative 5 utilisée est habituellement une génératrice ou un transformateur de puissance.
La forme du courant de suite 12 qui atteint sa valeur maximale au moment 7 dépend principalement de la tension de la source 5, de la tension 13 aux bornes du parafoudre, celle-ci pouvant croitre au-dela de la tension de source, et de liimpe-dance presente dans la boucle formee des elements 1, 4 et 5.Lorsque le courant 12 atteint une valeur nu!le, il est interrom-pu a l'instant 8 et la tension nominale 14, dont la valeur ., -crête est atteinte au moment 9, réapparaî-t aux bornes du para-foudre qui ne doit alors pas réamorcer.
Il est ~ noter que les courbes présentées dans la fi-gure 2 sont celles d'un parafoudre du type "limiteur de courant"
dont la principale caractéristique est la production d'une ten-sion d'arc significative, lui permettant d'interrompre le cou-rant de suite avant le passage par zero de l'onde de tension à
une fréquence habituellement de 60 Hz. :
La figure 3 illustre de facon schématique une forme de réalisation du générateur selon l'invention, apte à effectuer des essais ~on seulement sur le parafoudre de type "limiteur de courant'9 décrit plus haut, mais sur tout type de parafoudre, le type limiteur de courant n'ayant été considéré qu'à cause de sa grande complexité et de son usage presque exclusif aux hauts niveaux de tensions. :
Dans la figure 3, le générateur d'essai est montré ~;
formé de trois branches 16, 17 et 19, reliées en paraIlèle, et d'une branche 18 en série avec le parafoudre 15. La branche 16 est appelée branche d'injection car elle est la source du cou- ~ ;
rant de suite injecté dans le parafoudre 15. Cette branche d'in-jection 16 est principalement constituée d'un condensateur prin- `~ ~
cipal Cp, préchargé à une tension VO~ et monté en série avec un ~ :
commutateur Sl et une inductance Ll qui sert à limiter le courant dans cette branche. Une branche 17 dite branche de tension com-portant au moins une capacitance, fournit la tension nécessaire à l'amorc,age du parafoudre 15. Une troisième branche 19 dite branche de résonance est formée d'une très grande inductance L2 en série avec un commutateur S2. Elle est ainsi appelée parce qu'elle doit former, en série avec la branche d'injection 16, un circuit résonnant à la fréquence industrielle, soit habituellement 60 Hz. Quant à la branche résistive 18, en série avec le parafou-dre 15, elle a pour fonction de régulariser le courant de suite débité
. ,........ . , ~ .
: - , .. . . . . ..
1~184~9~3 par la branche d'injection 16. Il est a noter que cette branche résistive 18 pourrait tout aussi bien être inseree entre la bran-che d'injection 16 et la branche de tension 17.
Pour effectuer l'essai de fonctionnement du parafoudre 15, les commutateurs Sl et S2 sont initialement ouverts. On fer-me en premier lieu le commutateur Sl; un courant circule alors entre la branche d'injection 16 et la branche de tension 17 ou se bâtira, aux bornes du condensateur C, la tension nécessaire pour amorcer le parafoudre au moment 22, montré sur la figure 4. Sur cette figure, on note également la forme de l'impulsion de cou-rant initial 23 qui correspond a la tension d'amorçage V du parafoudre. Cette impulsion 23 est conforme à celle indiquée par les normes et est identique a l'impulsion 11 (figure 2) géné-rée par le générateur classique de la figure 1.
Comme illustré sur la figure 4, la tension aux bornes de la branche 17 prend initialement la forme 21 et augmente jusqu'a la tension d'amorçage V. Suivant l'amorcage, la branche de tension 17 se décharge dans la boucle formée par 17, 18 et 15 de la figure 3, donnant l'impulsion de courant 23 requise. Cette impulsion 23 décharge la branche de tension 17 de façon rapide et par la suite la branche d'injection 16 d~bite le courant de suite 26 a travers la branche résistive 18, qui le régularise, et a travers le parafoudre 15. Ce courant de suite 26 dont la forme dépend surtout de l'opposition entre la tension 24 du para-foudre 15 et celle de la branche d'injection de courant 16, est interrompu au moment 25.
A ce moment, ou peu avant ce moment, le commutate~r S2 de la branche 19 est enclenché et forme un circuit série avec la branche d'injection 16. On a alors un circuit résonnant a la fréquence industrielle 60 Hz. La tension apparaissant aux bornes de cette branche résonnante 19 depuis le moment 25 est représen-tée par la courbe 28, simulant ainsi la tension nominale du ré-~. ~ . . . ..
~084998 seau ou de la source 5 (figure 1) du circuit classique et cor-respond a la tension 14 représentee à la figure 2. Il est à
noter que le parafoudre alors soumis à la tension 2~ ne doit pas s'enclencher ou être amorcé.
Le moment d'enclenchement du commutateur S2 de la bran-che résonnante 19 se situe géneralement entre l'instant d'enclen- -chement du commutateur Sl de la branche d'injection 16, à l'ins-tant 20, et l'interruption du courant de suite à l'instant 25.
Toutefois, à cause du fait que la tension nominale 28 à llinstant 25 est souvent inferieure à sa valeur maximale, montre à l'ins-tant 27, il est intéressant d'enclencher S2 assez tôt. De cette : , facon, l'inductance L2 de la branche résonnante 19 peut se char-ger suffisamment en courant pour permettre de restituer au con-densateur Cp de la branche 16, au moment 27, l'énergie nécessaire pour produire dans ce condensateur, une tension supérieure à .
celle du moment 25. Dans cette optique, il est prévu d'enclen-cher S2 simultanément à Sl, ou même que 52 soit remplacé par un court-circuit pour essais sur certains types de parafoudres.
A l'aide du générateur de la figure 3, des essais ont eté effectués sur un parafoudre soumis, en régime normal, à une tension crête de réseau de 150 kV à 60 Hz. La valeur de chaque composante formant le generateur etait comme suit:
Ll = 585 mH
L2 = 1-76 H
Cp = 3.0 uF
C = 0.33,uF
R = 400 fL
- Le condensateur Cp a eté chargé à une tension V0 = 300 kV, soit une énergie emmagasinée de 135 kJ. A la ~ermeture de Sl, la branche d'injection 16 charge le conden-sateur C (branche 17) pour produire aux bornes du parafoudre 15 une tension crete V - 230 kV qui l'amorce, et le condensateur -~0~4998 C se décharge dans le parafoudre 15 par une impulsion de courant de 2 kA (courant 23 de la figure 4). Le parafoudre amorcé, un courant de suite (courant 26) de 180 A (crête) traverse le para-foudre. Le commutateur S2 ayant éte remplacé par un court-circuit, le parafoudre est alors soumis à une tension nominale de 150 kVI
60 Hz, devant laquelle il ne doit plus être amorcé. On obtient, en ce cas~ les formes d'ondes de courant et de tension montrées en figure 4, et qui sont conformes aux normes établies.
La figure S illustre une variante du générateur de la figure 3, dans lequel la branche de tension 17 est remplacée par la branche de tension 29, dans les cas o~ des courants d'impul-sion de grande amplitude sont requis aux bornes du parafoudre 30.
Son fonctionnement est le suivant: lorsque la tension aux bornes du condensateur Cl atteint le seuil d'amorçage, le parafoudre 30 est amorcé et un courant momentané circule dans la boucle formée du condensateur Cl, de la branche résistive 18, du parafoudre 30 et de la résistance Rl. Aussitôt suivant l'amorcage, le commu-tateur S3 est fermé ou s'enclenche automatiquement a cause de la somme des tensions de Rl et C2, et le parafoudre est alimenté par la somme des tensions de Cl et C2, montées en série, donnant ainsi un tres grand courant dans la boucle C2, Cl, ]8, 30 et S3. La résistance Rl possédant une valeur tres élevée, un courant vir-tuellement négligeable y circule alors. -~
Il est souvent requis par les normes de soumettre le parafoudre a des essais répétitifs. Le circuit générateur de la figure 6, qui est une variante du circuit illustré a la figure 3, permet d'effectuer de tels essais répétitifs sur parafoudres.
La méthode préconisée consiste ~ utiliser un interrupteur 31 in-séré dans la boucle résonnànte formée de la branche résonnante 19 et de la branche d'injection 16. La fonction de l'interrupteur 31 consiste à interrompre le courant 35, montré a la figure 7, de cette boucle lorsque celui-ci atteint sa valeur nulle 36 qui .
, correspond a la valeur maximale de la tension 37 de la branche résonnante 19, cette tension 37 ayant la même polarite que la tension initiale de charge du condensateur Cp de la branche d'injection 16. Cette technique permet, a la suite d'un essai, de conserver dans le condensateur Cp toute énergie que celui-ci n'a pas débitée dans le parafoudre. On peut alors recharger plus rapidement le condensateur Cp à sa tension initiale et effectuer des essais de fonctionnement a un rythme plu5 élevé et consécutif.
Un autre cas est celui des essais en répétition qui ont pour but de simuler les différentes conditions de fonctionne-ment d'un parafoudre auxquelles ce dernier est soumis en service lors d'amorçage successif provoqué par une tension surélevée, a fréquence industrielle, sur le réseau. Les formes de courant et de tension résultant de ces essais successifs sont illustrées à
la figure 8. Dans ce cas, le premier amorçage du parafoudre est produit au moment 38 (moment 22 de la figure 4) par la branche de tension 17, et le courant de suite 39 est interrompu normalement au moment 40 (moment 25 de la figure 4). Subséquemment, la ten-sion sinusoidale 44 (tension 28 de la figure 4), de la branche résonnante 19 amorce le parafoudre a chacun des moments 41, 42, 43, o~ elle atteint son seuil d'amorçage et produit à chaque fois un courant de suite qui doit être interrompu.
Lors de ces essais répétitifs, on conçoit facilement que l'energie emmagasinée dans le condensateur principal Cp décroft a chaque décharge dans le parafoudre de sorte que les impulsions de courant successives sont de moins en moins grandes. Pour uniformiser ces impulsions de courant successives, il est prévu de remplacer la branche résistive 18 par le circuit 45 illustré
a la figure 9. Dans ce circuit 45, on utilise une résistance élevee 46 pour limiter le courant de la premi~re decharge et on reduit par la suite cette resistance pour chaque essai subséquent en enclenchant un des commutateurs 47, 49 et 51 respectivement à
, .
_ g _ , . ,~ , 1~)8499~3 la suite de chaque décharge. On abaisse ainsi la résistance to-tale après chaque essai par l'addition en parallèle d'une autre resistance 48, 50 et 52.
Des essais representant le cas ou un parafoudre est raccorde a une longue ligne de transmission peuvent également être effectues. Dans ce cas, la branche d'injection 16 est rem-placee par le circuit 53 illustre à la figure 10. Ce circuit est constitue d'un certain nombre d'inductances L et de capaci-tances C2, ces dernieres étant prechargees de façon à simuler une ligne de transmission. Le commutateur 54 est place en serie avec cette ligne artificielle du c~te de la branche de tension 17.
A la figure 11, une variante du génerateur de la figure 3 est illustree. Cette variante permet d'amorcer le parafoudre à
tout angle 0 de l'onde de tension 60 Hz d'un réseau, cette onde etant simulée a l'aide des branches d'injection 16 et de réso-nance 19'. Pour ce faire, on court-circuite le commutateur S2 de la figure 3, on insère un commutateur S4 entre les branches d'in-jection et de tension, et on substitue à la branche 17 une branche 17' formée d'un circuit genérateur d'impulsions 55, qui peut être un ou plusleurs condensateurs precharges ou un generateur d;im-puIsions de type conventionnel, en serie avec un commutateur S5 Initialement, les commutateurs sont ouverts et le condensateur Cp est charge à la tension VO En premier lieu, on met en reso-nance les branches 16 et 19' en fermant le commutateur Sl, ce qui produit dans la boucle formee de Cp, Ll et L2 une onde de courant IL2 et de tension VL2 de 60 Hz, de forme illustree à la figure 12.
A l'angle de phase 0 desire, on enclenche S5 pour l'amorcage du parafoudre 15 par l'impulsion de tension et de courant genere par le circuit 55, de la fa~on indiquee sur la figure 4, et au même -~
moment ou peu après, on ferme S4 pour la generation du courant desuite. Le generateur de la figure 11 permet donc de simuler les conditions de fonctionnement du parafoudre à tout angle de phase 0 -~
- 1~8499~
de la tension nominale d'un réseau.
En conc usion, un des avantages ~ajeurs du g~nérateur d'essai selon la pr~sente invention, reside en son co~t tres sensiblement reduit par rapport au genérateur classique. Ceci est dû principalement à l'usage de condensateurs comme sources de puissance plutôt que de transformateurs ou de génératrices de court-circuit. Ce seul facteur permet de réduire le coût de la source à environ 2 à 4% de celui d'une source classique. En outre, le g~nérateur d'essai suivant la présente invention permet d'effectuer des essais à des niveaux de tension et de puissance qui seraient économiquement inaccessibles avec les génerateurs classiques. Des essais de fonctionnement ou d'amorçage successifs sont maintenant possibles sur des parafoudres complets destines aux réseaux à tres haute tension, alors que les générateurs clas-siques ne permettaient de tels essais que sur des fractions de parafoudres à haute tension.
Le generateur decrit ci-haut permet d'effectuer des essais non seulement sur parafoudres mais egalement sur diffe-rents appareils de protection tels que fusibles et disjoncteurs limiteurs de courant.
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Comme il est connu, un dispositif de protection a essen-tiellement pour but d'éviter que les appareils raccordés à un ré-seau d'alimentation, et ce réseau lui-même, subissent des dommages et dégâts, souvent irréparables, lorsqu'une surtension apparaît sur le réseau, ces surintensités pouvant être provoquées par une faute de commutation, la foudre ou toute autre cause. De tous les dispositifs de protection utilisés, la simulation sur banc d'essai des conditions de fonctionnement des parafoudres s'avère être présentement la plus complexe et la plus onéreuse. Le géné-rateur suivant la présente invention est particulierement bien adapté a reconstituer ou déterminer les conditions de fonctionne-ment des parafoudres, et ce à un coût très sensiblement réduit par rapport a celui des générateursd'essai classiques.
Dans le cas du parafoudre, tout générateur d'essai doit simuler a la fois l'impulsion de foudre ou de surtension qui amor-ce le parafoudre ainsi que le réseau a courant alternatif auquel ce~ui-ci est raccordé. Ainsi, l'essai de fonctionnement d'un parafoudre consiste ~ lui faire exécuter la tâche complète qu'il devra accomplir le plus fréquemment en service. Le dispositif est habituellement branché entre un conducteur électrique et la ~ -terre, en parallele et a proximité d'un autre appareil qu'il doit protéger en limitant la tension a ses bornes a une valeur prédé-1 -- :
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terminée. Lorsque la tension sur le conducteur atteint une cer-taine valeur de seuil V, due à une surtension interne sur le réseau ou ~ la foudre, le parafoudre s'enclenche et produit un court-circuit momentané à ce point afin d'en abaisser la tension. A ce moment, une impulsion de courant d'une durée de l'ordre de quel-ques microsecondes, causée par cette surtension, traverse le para-foudre.
En second lieu, le parafoudre fonctionne en sorte a éliminer graduellement le court-circuit qu'il a créé afin que le conducteur et le réseau retrouvent leur condition initiale. Cette fonction s'effectue habituellement à l'aide de résistances non-linéaires et d'electrodes-a-arc qui forcent a zéro et coupent le courant dit de suite traversant alors le parafoudre tout en main--tenant la tension totale aux bornes de ce dernier a une valeur inférieure a celle de Ia tension de seuil V.
La troisieme fonction du parafoudre, consiste a isoler le conducteur de la terre contre la tension alternative du réseau suivant l'interruption du courant de suite.
Le procédé de simulation et le générateur d'essai selon la présente invention permettent l'exécution des diverses fonc-tions du parafoudre ou autres dispositifs de protection, et ce de façon similaire a ceux des générateurs d'essai classiques, mais en utilisant une source de courant alternatif dont le coût nlest que 2 a 4% de celui des sources classiques. Le pr~sent générateur permet donc la réalisation d'essais a de tres hauts niveaux de tensions, lesquelles seraient economiquement inacces-sibles avec les circuits classiques, et la réalisation d'essais a faible tension à l'aide d'un générateur compact et facilement transportable.
~0~349~3 De façon plus spécifique, la présente invention réside en un générateur d'essai simulant les conditions de fonctionne-ment d'un dispositif de protection d'un réseau à courant alterna-tif de basse, haute ou tres haute tension, comportant une branche de tension reliée au dispositi~ de protection pour produire une impulsion d'amorçage du d.ispositif; une branche d'injection mon-tée en parallele avec ladite branche de tension pour produire un courant de suite de valeur correspondante a celle du courant injecté par ledit réseau dans ledit dispositif de protection lors-que celui-ci est en service; et une branche résonnante reliée a ladite branche d'injection, pour former aux bornes du dispositif de protection sous essai une tension alternative correspondante à celle dudit réseau.
La présente invention concerne également le procédé de simulation mis en oeuvre par le générateur d'essai décrit ci-haut.
Des modes de réalisation préférés de la présente inven-tion seront ci-apres décrits avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 illustre le montage d'un générateur d'essai ~.
classique; . la figure 2 montre les formes d'ondes de courants et de tensions produites par le g~nérateur d'essai de la figure l;
la figure 3 illustre un mode de réalisation du généra-teur pour essais sur parafoudres, selon la présente invention;
la figure 4 présente les formes d'ondes de courants et ,. .~ .
de tensions produites par le.générateur de la figure 3;
la figure 5 illustre une variante de la branche de ten-sion du générateur montré à la figure 3;
la figure 6 illustre une autre forme de réalisation du générateur d'essai de la présente invention pour essais répétitifs sur parafoudres;
les figures 7 et 8 montrent les formes d'ondes asso-, ~al34998 ciées au fonctlonnement du genérateur de la figure 6;
la figure 9 illustre une variante de la branche résis-tive du générateur de la figure 6;
la figure 10 présente une variante de la branche d'in-jection du générateur d'essai selon la présente invantion, pour la simulation d'une longue ligne de transmission;
la figure 11 illustre un autre mode de réalisation du genérateur d'essai selon la présente invention; et la figure 12 montre les formes d'ondes générées par l'ensemble de résonnance du générateur de la figure 11.
La figure 1 illustre un générateur d'essai de concep-tion classique pour effectuer un essai de fonctionnement sur un parafoudre désigné par 1, et la figure 2 montre les formes d'on-des produites par le genérateur de la figure 1. Initialement, le parafoudre 1 constitue un circuit ouvert et est exposé a la tension sinuso~dale nominale 14 d'un réseau. A un angle de phase de la tension prescrit par les normes et a l'instant 6, le commu-tateur 2 est fermé; ce qui produit aux bornes du parafoudre une surtension 10 suffisante pour l'amorcer, provenant du condensa-teur préchargé 3. A ce moment, une impulsion de courant 11 four-nie par le condensateur 3, passe dans le parafoudre et celui-ci court-circuite la source alternative 5 qui va fournir un courant de suite 12 a travers l'impédance inductive 4. Dans ce type de montage, la source alternative 5 utilisée est habituellement une génératrice ou un transformateur de puissance.
La forme du courant de suite 12 qui atteint sa valeur maximale au moment 7 dépend principalement de la tension de la source 5, de la tension 13 aux bornes du parafoudre, celle-ci pouvant croitre au-dela de la tension de source, et de liimpe-dance presente dans la boucle formee des elements 1, 4 et 5.Lorsque le courant 12 atteint une valeur nu!le, il est interrom-pu a l'instant 8 et la tension nominale 14, dont la valeur ., -crête est atteinte au moment 9, réapparaî-t aux bornes du para-foudre qui ne doit alors pas réamorcer.
Il est ~ noter que les courbes présentées dans la fi-gure 2 sont celles d'un parafoudre du type "limiteur de courant"
dont la principale caractéristique est la production d'une ten-sion d'arc significative, lui permettant d'interrompre le cou-rant de suite avant le passage par zero de l'onde de tension à
une fréquence habituellement de 60 Hz. :
La figure 3 illustre de facon schématique une forme de réalisation du générateur selon l'invention, apte à effectuer des essais ~on seulement sur le parafoudre de type "limiteur de courant'9 décrit plus haut, mais sur tout type de parafoudre, le type limiteur de courant n'ayant été considéré qu'à cause de sa grande complexité et de son usage presque exclusif aux hauts niveaux de tensions. :
Dans la figure 3, le générateur d'essai est montré ~;
formé de trois branches 16, 17 et 19, reliées en paraIlèle, et d'une branche 18 en série avec le parafoudre 15. La branche 16 est appelée branche d'injection car elle est la source du cou- ~ ;
rant de suite injecté dans le parafoudre 15. Cette branche d'in-jection 16 est principalement constituée d'un condensateur prin- `~ ~
cipal Cp, préchargé à une tension VO~ et monté en série avec un ~ :
commutateur Sl et une inductance Ll qui sert à limiter le courant dans cette branche. Une branche 17 dite branche de tension com-portant au moins une capacitance, fournit la tension nécessaire à l'amorc,age du parafoudre 15. Une troisième branche 19 dite branche de résonance est formée d'une très grande inductance L2 en série avec un commutateur S2. Elle est ainsi appelée parce qu'elle doit former, en série avec la branche d'injection 16, un circuit résonnant à la fréquence industrielle, soit habituellement 60 Hz. Quant à la branche résistive 18, en série avec le parafou-dre 15, elle a pour fonction de régulariser le courant de suite débité
. ,........ . , ~ .
: - , .. . . . . ..
1~184~9~3 par la branche d'injection 16. Il est a noter que cette branche résistive 18 pourrait tout aussi bien être inseree entre la bran-che d'injection 16 et la branche de tension 17.
Pour effectuer l'essai de fonctionnement du parafoudre 15, les commutateurs Sl et S2 sont initialement ouverts. On fer-me en premier lieu le commutateur Sl; un courant circule alors entre la branche d'injection 16 et la branche de tension 17 ou se bâtira, aux bornes du condensateur C, la tension nécessaire pour amorcer le parafoudre au moment 22, montré sur la figure 4. Sur cette figure, on note également la forme de l'impulsion de cou-rant initial 23 qui correspond a la tension d'amorçage V du parafoudre. Cette impulsion 23 est conforme à celle indiquée par les normes et est identique a l'impulsion 11 (figure 2) géné-rée par le générateur classique de la figure 1.
Comme illustré sur la figure 4, la tension aux bornes de la branche 17 prend initialement la forme 21 et augmente jusqu'a la tension d'amorçage V. Suivant l'amorcage, la branche de tension 17 se décharge dans la boucle formée par 17, 18 et 15 de la figure 3, donnant l'impulsion de courant 23 requise. Cette impulsion 23 décharge la branche de tension 17 de façon rapide et par la suite la branche d'injection 16 d~bite le courant de suite 26 a travers la branche résistive 18, qui le régularise, et a travers le parafoudre 15. Ce courant de suite 26 dont la forme dépend surtout de l'opposition entre la tension 24 du para-foudre 15 et celle de la branche d'injection de courant 16, est interrompu au moment 25.
A ce moment, ou peu avant ce moment, le commutate~r S2 de la branche 19 est enclenché et forme un circuit série avec la branche d'injection 16. On a alors un circuit résonnant a la fréquence industrielle 60 Hz. La tension apparaissant aux bornes de cette branche résonnante 19 depuis le moment 25 est représen-tée par la courbe 28, simulant ainsi la tension nominale du ré-~. ~ . . . ..
~084998 seau ou de la source 5 (figure 1) du circuit classique et cor-respond a la tension 14 représentee à la figure 2. Il est à
noter que le parafoudre alors soumis à la tension 2~ ne doit pas s'enclencher ou être amorcé.
Le moment d'enclenchement du commutateur S2 de la bran-che résonnante 19 se situe géneralement entre l'instant d'enclen- -chement du commutateur Sl de la branche d'injection 16, à l'ins-tant 20, et l'interruption du courant de suite à l'instant 25.
Toutefois, à cause du fait que la tension nominale 28 à llinstant 25 est souvent inferieure à sa valeur maximale, montre à l'ins-tant 27, il est intéressant d'enclencher S2 assez tôt. De cette : , facon, l'inductance L2 de la branche résonnante 19 peut se char-ger suffisamment en courant pour permettre de restituer au con-densateur Cp de la branche 16, au moment 27, l'énergie nécessaire pour produire dans ce condensateur, une tension supérieure à .
celle du moment 25. Dans cette optique, il est prévu d'enclen-cher S2 simultanément à Sl, ou même que 52 soit remplacé par un court-circuit pour essais sur certains types de parafoudres.
A l'aide du générateur de la figure 3, des essais ont eté effectués sur un parafoudre soumis, en régime normal, à une tension crête de réseau de 150 kV à 60 Hz. La valeur de chaque composante formant le generateur etait comme suit:
Ll = 585 mH
L2 = 1-76 H
Cp = 3.0 uF
C = 0.33,uF
R = 400 fL
- Le condensateur Cp a eté chargé à une tension V0 = 300 kV, soit une énergie emmagasinée de 135 kJ. A la ~ermeture de Sl, la branche d'injection 16 charge le conden-sateur C (branche 17) pour produire aux bornes du parafoudre 15 une tension crete V - 230 kV qui l'amorce, et le condensateur -~0~4998 C se décharge dans le parafoudre 15 par une impulsion de courant de 2 kA (courant 23 de la figure 4). Le parafoudre amorcé, un courant de suite (courant 26) de 180 A (crête) traverse le para-foudre. Le commutateur S2 ayant éte remplacé par un court-circuit, le parafoudre est alors soumis à une tension nominale de 150 kVI
60 Hz, devant laquelle il ne doit plus être amorcé. On obtient, en ce cas~ les formes d'ondes de courant et de tension montrées en figure 4, et qui sont conformes aux normes établies.
La figure S illustre une variante du générateur de la figure 3, dans lequel la branche de tension 17 est remplacée par la branche de tension 29, dans les cas o~ des courants d'impul-sion de grande amplitude sont requis aux bornes du parafoudre 30.
Son fonctionnement est le suivant: lorsque la tension aux bornes du condensateur Cl atteint le seuil d'amorçage, le parafoudre 30 est amorcé et un courant momentané circule dans la boucle formée du condensateur Cl, de la branche résistive 18, du parafoudre 30 et de la résistance Rl. Aussitôt suivant l'amorcage, le commu-tateur S3 est fermé ou s'enclenche automatiquement a cause de la somme des tensions de Rl et C2, et le parafoudre est alimenté par la somme des tensions de Cl et C2, montées en série, donnant ainsi un tres grand courant dans la boucle C2, Cl, ]8, 30 et S3. La résistance Rl possédant une valeur tres élevée, un courant vir-tuellement négligeable y circule alors. -~
Il est souvent requis par les normes de soumettre le parafoudre a des essais répétitifs. Le circuit générateur de la figure 6, qui est une variante du circuit illustré a la figure 3, permet d'effectuer de tels essais répétitifs sur parafoudres.
La méthode préconisée consiste ~ utiliser un interrupteur 31 in-séré dans la boucle résonnànte formée de la branche résonnante 19 et de la branche d'injection 16. La fonction de l'interrupteur 31 consiste à interrompre le courant 35, montré a la figure 7, de cette boucle lorsque celui-ci atteint sa valeur nulle 36 qui .
, correspond a la valeur maximale de la tension 37 de la branche résonnante 19, cette tension 37 ayant la même polarite que la tension initiale de charge du condensateur Cp de la branche d'injection 16. Cette technique permet, a la suite d'un essai, de conserver dans le condensateur Cp toute énergie que celui-ci n'a pas débitée dans le parafoudre. On peut alors recharger plus rapidement le condensateur Cp à sa tension initiale et effectuer des essais de fonctionnement a un rythme plu5 élevé et consécutif.
Un autre cas est celui des essais en répétition qui ont pour but de simuler les différentes conditions de fonctionne-ment d'un parafoudre auxquelles ce dernier est soumis en service lors d'amorçage successif provoqué par une tension surélevée, a fréquence industrielle, sur le réseau. Les formes de courant et de tension résultant de ces essais successifs sont illustrées à
la figure 8. Dans ce cas, le premier amorçage du parafoudre est produit au moment 38 (moment 22 de la figure 4) par la branche de tension 17, et le courant de suite 39 est interrompu normalement au moment 40 (moment 25 de la figure 4). Subséquemment, la ten-sion sinusoidale 44 (tension 28 de la figure 4), de la branche résonnante 19 amorce le parafoudre a chacun des moments 41, 42, 43, o~ elle atteint son seuil d'amorçage et produit à chaque fois un courant de suite qui doit être interrompu.
Lors de ces essais répétitifs, on conçoit facilement que l'energie emmagasinée dans le condensateur principal Cp décroft a chaque décharge dans le parafoudre de sorte que les impulsions de courant successives sont de moins en moins grandes. Pour uniformiser ces impulsions de courant successives, il est prévu de remplacer la branche résistive 18 par le circuit 45 illustré
a la figure 9. Dans ce circuit 45, on utilise une résistance élevee 46 pour limiter le courant de la premi~re decharge et on reduit par la suite cette resistance pour chaque essai subséquent en enclenchant un des commutateurs 47, 49 et 51 respectivement à
, .
_ g _ , . ,~ , 1~)8499~3 la suite de chaque décharge. On abaisse ainsi la résistance to-tale après chaque essai par l'addition en parallèle d'une autre resistance 48, 50 et 52.
Des essais representant le cas ou un parafoudre est raccorde a une longue ligne de transmission peuvent également être effectues. Dans ce cas, la branche d'injection 16 est rem-placee par le circuit 53 illustre à la figure 10. Ce circuit est constitue d'un certain nombre d'inductances L et de capaci-tances C2, ces dernieres étant prechargees de façon à simuler une ligne de transmission. Le commutateur 54 est place en serie avec cette ligne artificielle du c~te de la branche de tension 17.
A la figure 11, une variante du génerateur de la figure 3 est illustree. Cette variante permet d'amorcer le parafoudre à
tout angle 0 de l'onde de tension 60 Hz d'un réseau, cette onde etant simulée a l'aide des branches d'injection 16 et de réso-nance 19'. Pour ce faire, on court-circuite le commutateur S2 de la figure 3, on insère un commutateur S4 entre les branches d'in-jection et de tension, et on substitue à la branche 17 une branche 17' formée d'un circuit genérateur d'impulsions 55, qui peut être un ou plusleurs condensateurs precharges ou un generateur d;im-puIsions de type conventionnel, en serie avec un commutateur S5 Initialement, les commutateurs sont ouverts et le condensateur Cp est charge à la tension VO En premier lieu, on met en reso-nance les branches 16 et 19' en fermant le commutateur Sl, ce qui produit dans la boucle formee de Cp, Ll et L2 une onde de courant IL2 et de tension VL2 de 60 Hz, de forme illustree à la figure 12.
A l'angle de phase 0 desire, on enclenche S5 pour l'amorcage du parafoudre 15 par l'impulsion de tension et de courant genere par le circuit 55, de la fa~on indiquee sur la figure 4, et au même -~
moment ou peu après, on ferme S4 pour la generation du courant desuite. Le generateur de la figure 11 permet donc de simuler les conditions de fonctionnement du parafoudre à tout angle de phase 0 -~
- 1~8499~
de la tension nominale d'un réseau.
En conc usion, un des avantages ~ajeurs du g~nérateur d'essai selon la pr~sente invention, reside en son co~t tres sensiblement reduit par rapport au genérateur classique. Ceci est dû principalement à l'usage de condensateurs comme sources de puissance plutôt que de transformateurs ou de génératrices de court-circuit. Ce seul facteur permet de réduire le coût de la source à environ 2 à 4% de celui d'une source classique. En outre, le g~nérateur d'essai suivant la présente invention permet d'effectuer des essais à des niveaux de tension et de puissance qui seraient économiquement inaccessibles avec les génerateurs classiques. Des essais de fonctionnement ou d'amorçage successifs sont maintenant possibles sur des parafoudres complets destines aux réseaux à tres haute tension, alors que les générateurs clas-siques ne permettaient de tels essais que sur des fractions de parafoudres à haute tension.
Le generateur decrit ci-haut permet d'effectuer des essais non seulement sur parafoudres mais egalement sur diffe-rents appareils de protection tels que fusibles et disjoncteurs limiteurs de courant.
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- - ~ . ~ . ,
Claims (22)
1 Générateur d'essai pour simuler les conditions de fonctionnement d'un dispositif de protection d'un réseau à basse, haute ou très haute tension alternative, comportant une branche de tension reliée au dispositif de protection pour produire une impulsion d'amorçage dudit dispositif; une branche d'injection montée en parallèle avec ladite branche de tension pour produire à travers le dispositif de protection un courant de suite de va-leur correspondante à celle du courant injecté par ledit réseau dans ledit dispositif de protection lorsque celui-ci est en service; et une branche résonnante reliée à ladite branche d'in-jection pour former aux bornes du dispositif de protection sous essai une tension alternative correspondante à ladite tension du réseau.
2. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche de tension est formée d'une capa-citance.
3. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche d'injection comporte une capaci-tance reliée en série avec une inductance et un commutateur.
4. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche résonnante comprend une inductance de valeur élevée reliée en série avec un commutateur.
5. Générateur d'essai selon la revendication 1, com-portant en outre une branche résistive insérée entre ladite branche de tension et ledit dispositif de protection pour ré-gulariser le courant de suite généré par la branche d'injection.
6. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche de tension comporte une première et une seconde capacitances reliées en série, les deux capaci-tances étant montées en dérivation sur ledit dispositif de pro-tection, une des bornes de ce dispositif étant reliée au point de jonction des deux capacitances à travers un élément résistif de valeur élevée, d'une part, et à une borne d'une des capaci-tances, autre que le point de jonction, à travers un commuta-teur, d'autre part.
7. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que un commutateur est inséré entre la branche d'in-jection et la branche résonnante pour la simulation d'essais répétitifs sur ledit dispositif de protection.
8. Générateur d'essai selon la revendication 7, com-portant en outre un ensemble d'éléments résistifs reliés en série avec le dispositif de protection pour régulariser le cou-rant de suite injecté dans ce dispositif, lesdits éléments résis-tifs étant montés en parallèle entre eux et chacun des éléments résistifs, sauf un, étant relié en série avec un commutateur.
9. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche d'injection comprend, pour la simulation d'un réseau constitué d'une longue ligne de transport d'énergie, un ensemble de circuits d'injection produisant chacun une fraction du courant de suite injecté dans ledit dispositif de protection, chaque circuit d'injection comportant une inductance série et une capacitance parallèle dans l'ensemble desdits cir-cuits reliés en série, et un commutateur connecté en série avec ledit ensemble des circuits d'injection.
10. Générateur d'essai selon la revendication 1, carac-térisé en ce que ladite branche de tension comporte un circuit générateur d'impulsions pour la production de ladite impulsion d'amorçage.
11. Générateur d'essai selon la revendication 10, caractérisé en ce que un premier commutateur est relié en série avec ledit circuit générateur d'impulsions et qu'un second com-mutateur est inséré entre ladite branche d'injection et ladite branche de tension.
12. Procédé pour la simulation des conditions de fonctionnement d'un dispositif de protection à l'aide d'un géné-rateur d'essai comportant une branche de tension, une branche d'injection et une branche résonnante, caractérisé en ce que on amorce le dispositif de protection en appliquant à
ses bornes une impulsion de tension générée par ladite branche de tension;
on injecte dans le dispositif, simultanément ou peu après son amorçage, un courant de suite en enclenchant un commu-tateur inclu dans ladite branche d'injection;
on met en résonance ladite branche d'injection et la-dite branche résonnante afin de simuler les conditions normales de fonctionnement dudit dispositif de protection.
ses bornes une impulsion de tension générée par ladite branche de tension;
on injecte dans le dispositif, simultanément ou peu après son amorçage, un courant de suite en enclenchant un commu-tateur inclu dans ladite branche d'injection;
on met en résonance ladite branche d'injection et la-dite branche résonnante afin de simuler les conditions normales de fonctionnement dudit dispositif de protection.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de résonance entre en fonction en même temps que l'étape d'injection du courant de suite.
14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caracté-risé en ce que on régularise, à l'aide d'une branche résistive montée en série avec le dispositif de protection sous essai, le courant de suite injecté dans ce dispositif.
15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé
en ce que on met la branche résonnante en résonance avec la branche d'injection à un moment qui se situe avant l'interrup-tion du courant de suite à travers le dispositif de protection.
en ce que on met la branche résonnante en résonance avec la branche d'injection à un moment qui se situe avant l'interrup-tion du courant de suite à travers le dispositif de protection.
16. Procédé selon la revendication 12, caractérisé
en ce que, aussitôt après l'amorçage du dispositif, on accroît la tension aux bornes de ce dispositif pour produire à travers ce dernier une impulsion de courant de grande amplitude.
en ce que, aussitôt après l'amorçage du dispositif, on accroît la tension aux bornes de ce dispositif pour produire à travers ce dernier une impulsion de courant de grande amplitude.
17. Procédé selon la revendication 12, caractérisé
en ce que on interrompt le courant circulant dans la branche de résonance au moment où ce courant atteint une valeur nulle et en correspondance avec une valeur maximale de la tension aux bornes de la branche résonnante, cette tension ayant alors même polarité
que la tension initiale de charge de la branche d'injection.
en ce que on interrompt le courant circulant dans la branche de résonance au moment où ce courant atteint une valeur nulle et en correspondance avec une valeur maximale de la tension aux bornes de la branche résonnante, cette tension ayant alors même polarité
que la tension initiale de charge de la branche d'injection.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé
en ce que on amorce et on interrompt de façon répétitive la mise en résonance des branches d'injection et de résonance pour pro-duire des essais à répétition sur le dispositif de protection.
en ce que on amorce et on interrompt de façon répétitive la mise en résonance des branches d'injection et de résonance pour pro-duire des essais à répétition sur le dispositif de protection.
19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé
en ce que on régularise le courant de suite traversant le dispo-sitif de détection à l'aide d'un circuit résistif monté en série avec ce dispositif, et en ce que on diminue après chacun desdits essais répétitifs, la valeur résistive dudit circuit.
en ce que on régularise le courant de suite traversant le dispo-sitif de détection à l'aide d'un circuit résistif monté en série avec ce dispositif, et en ce que on diminue après chacun desdits essais répétitifs, la valeur résistive dudit circuit.
20. Procédé selon la revendication 12, caractérisé
en ce que, afin de simuler les conditions de fonctionnement du dispositif de protection à tout angle de phase de la tension de résonance, on effectue l'étape de mise en résonance avant les étapes d'amorçage du dispositif et d'injection du courant de suite.
en ce que, afin de simuler les conditions de fonctionnement du dispositif de protection à tout angle de phase de la tension de résonance, on effectue l'étape de mise en résonance avant les étapes d'amorçage du dispositif et d'injection du courant de suite.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé
en ce que l'injection du courant de suite s'effectue au même moment que l'amorçage du dispositif de protection.
en ce que l'injection du courant de suite s'effectue au même moment que l'amorçage du dispositif de protection.
22. Procédé selon la revendication 20, caractérisé
en ce que l'injection du courant de suite a lieu peu après l'amorçage du dispositif de protection.
en ce que l'injection du courant de suite a lieu peu après l'amorçage du dispositif de protection.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA291,642A CA1084998A (fr) | 1977-11-24 | 1977-11-24 | Procede et generateur d'essai pour dispositif de protection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CA291,642A CA1084998A (fr) | 1977-11-24 | 1977-11-24 | Procede et generateur d'essai pour dispositif de protection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1084998A true CA1084998A (fr) | 1980-09-02 |
Family
ID=4110124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA291,642A Expired CA1084998A (fr) | 1977-11-24 | 1977-11-24 | Procede et generateur d'essai pour dispositif de protection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA1084998A (fr) |
-
1977
- 1977-11-24 CA CA291,642A patent/CA1084998A/fr not_active Expired
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