Introduction
Le capteur de ligne de distribution moyenne tension de CO7 Technologies, LineWatch-M (illustré ci-dessous à la figure 1), surveille la tension, le courant et le flux de puissance dans des conditions normales. Cependant, le capteur peut également détecter la présence de courants de défaut et produire un journal détaillé de l'événement de défaut contenant des captures de forme d'onde du défaut. Ces informations peuvent être utilisées pour diagnostiquer et localiser le défaut. Cette note vise à répondre aux questions sur la méthodologie appliquée dans le capteur pour la détection et l'enregistrement des défauts.
Détection de courant de défaut
Le capteur LineWatch-M mesure le courant de défaut à l'aide d'une bobine de Rogowski formée par les vias qui traversent un circuit imprimé épais (comme illustré à la figure 2). Les performances de la bobine de circuit imprimé sont pratiquement identiques d'un appareil à l'autre, garantissant des performances de détection de courant constantes. En l'absence de fer, il n'y a pas de saturation, ce qui permet de mesurer les courants de défaut élevés avec précision. Le convertisseur analogique-numérique échantillonnant le capteur de courant est configurable par logiciel pour des plages de détection compatibles avec les défauts de classe 10kA ou 25kA, tels que définis par la norme IEEE 495:2007.
Fault Current Signal Processing
Contrairement à la croyance commune, la tension aux bornes d'une bobine de Rogowski est proportionnelle au taux de variation du courant, et non pas au courant lui-même. À l'intérieur du capteur, le signal provenant de la bobine est intégré pour obtenir la valeur du courant. L'échantillonnage du signal se fait à une fréquence de 2048 Hz. L'algorithme d'intégration offre une réponse en fréquence plate de 0,04 Hz à 780 Hz, permettant ainsi d'analyser à la fois les comportements à court terme et à long terme dans les captures de forme d'onde du défaut.
Figure 1 : Capteur de moyenne tension LineWatch-M de CO7 Technologies - surveillance directe des lignes de distribution
Figure 2 : Bobine de Rogowski sur circuit imprimé (PCB) pour une mesure précise du courant de défaut.
Capture de forme d'onde
Pour déterminer la survenue d'un défaut, le capteur calcule en interne une valeur RMS du courant de défaut en se basant sur les mesures du cycle électrique précédent (c'est-à-dire les 34 échantillons précédents). Si la valeur RMS du courant de défaut dépasse un seuil configurable pendant une durée configurable, un défaut de courant est déclaré. Avec un réglage de durée approprié, le système ne se déclenchera pas de manière intempestive sur les courants d'appel associés à la mise en marche du départ.
Lors de la détection d'un défaut de courant, le système enregistre le courant de défaut, la tension et le courant à la fréquence d'échantillonnage de 2048 Hz. Le capteur conserve une mémoire tampon continue de ces mesures afin d'enregistrer les formes d'onde sur 4 cycles avant la détection du défaut, en plus des 8 cycles suivant le défaut. La valeur RMS du huitième cycle des données de courant de défaut peut être considérée comme la grandeur du courant de défaut. [1]
Transfert des données de forme d'onde
Les capteurs fonctionnent en récupérant de l'énergie de la ligne moyenne tension surveillée. En raison de la quantité limitée d'énergie disponible à bord d'un capteur, les capteurs communiquent par radio à courte portée avec un collecteur à proximité, comme illustré sur la figure 3. Les journaux de défaut sont capturés dans les capteurs puis transférés au collecteur pour diffusion et transfert vers des machines distantes. Le collecteur est alimenté en 120 V et ne présente pratiquement aucune limitation de puissance pour sa communication.
Figure 3: Sensors communicate to a Collector on a nearby pole.
Les journaux de courant de défaut sont stockés sur le collecteur associé au capteur au format standard COMTRADE [2] pour une utilisation facile par des outils d'analyse tiers. Il existe un certain nombre d'outils de traçage COMTRADE, ou ces fichiers peuvent être facilement traités à l'aide d'outils standard tels que Matlab pour générer des graphiques de données de défaut comme illustré à la figure 4. Les journaux de défaut peuvent être téléchargés via un serveur FTP hébergé par le collecteur. Le nom de fichier de l'enregistrement de défaut est un numéro indiquant l'horodatage (à la milliseconde) auquel le défaut s'est produit.
Le collecteur implémente une interface DNP3 avec authentification sécurisée. La disponibilité de nouveaux journaux de défaut est annoncée par cette interface DNP3. Pour chaque capteur surveillé par le collecteur, il existe un élément de données DNP3 associé contenant un nombre à virgule flottante représentant la date et l'heure du défaut le plus récent. Lorsqu'un défaut se produit, la valeur du champ change, le collecteur envoie un rapport non sollicité avec la valeur mise à jour au maître DNP3 du collecteur. Il appartient alors au maître DNP3 de télécharger le journal de défaut associé.
Conclusions
Cette note précise comment et à quel moment le capteur LineWatch-M de CO7 Technologies identifie et enregistre les courants de défaut. Plusieurs paramètres configurables spécifient la plage de défaut attendue et les conditions de déclenchement de la détection d'un courant de défaut. Ces paramètres peuvent être modifiés via le site Web du capteur ou gérés par le système de gestion de configuration des capteurs (SCMS) de CO7 Technologies.
References
[1] N. Kang, Advancements in transmission line fault location, PhD Dissertation, College of Engineering, University of Kentucky, 2010.
[2] “Common Format for Transient Data Exchange (COMTRADE) for Power Systems”, IEEE Standard C37.111-1999.