<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements aux dispositifs de protection électriques pour circuits à courant alternatif
Cette invention se rapporte à un dispositif de protection électrique pour circuits à courant alternatif du genre dans lequel il est fait usage de circuits pilotes disposés de telle manière qu'un manque d'équilibre entre les courants entrants et les courants sortants aux extrémités de la section protégée provoque la déconnexion de cette section du reste du système.
Dans ces dispositifs de protection, il est usuel d'employer aux extrémités de la section protégée des transformateurs d'in-
<Desc/Clms Page number 2>
tensité dont les secondaires sont reliés au circuit pilote.
Dans le mode de réalisation le plus communément employé en pratique, les forces électro-motrices du secondaire se com- pensent normalement entre elles dans le circuit pilote, mais lorsqu'un défaut se produit dans la section protégée, cet équilibre est rompu et les relais du circuit pilote entrent en action pour couper la section à ses extrémités.
Dans l'application pratique de ces dispositifs de pro- tection compensés il se présente un certain nombre de diffi- cultés. a) La plus grande ce celles-ci est le prix élevé des fils pilotes isolés très lourds qui présentent d'habitude une section de 3 mm2 environ. Ces fils pilotes sont habituelle- ment sous forme de câble sous plomb à conducteurs multiples. b) un câble sous plomb est également désirable lorsque les fils pilotes doivent être utilisés pour protéger des li- gnes aériennes, car les relais pourraient autrement fonction- ner sous l'action de courants induits dans les circuits pilo- tes par suite d'accidents sur le réseau à haute tension, mais le coût du câble de support pour de si grands conducteurs sur les lignes aériennes est très élevé.
c) A moins que des précautions spéciales ne soient prises, il y a toujours la possibilité qu'un feeder sain soit inuti- lement déconnecté lorsqu'un courant intense y circule en li- gne directe vers un défaut en un point quelconque. Ce courant direct provoque des tensions relativement élevées sur les se- condaires des transformateurs de courant aux deux extrémités et bien qu'elles puissent s'équilibrer l'une l'autre exacte- ment de façon à ce qu'il ne se produise aucun courant circu- lant d'un bout l'autre dans le circuit pilote, les courants
<Desc/Clms Page number 3>
de capacité circulant dans ce dernier peuvent y être suffisam- ment élevés pour faire agir les relais.
d) Il y a risque de fonctionnement indésirable du relais, sous l'effet des ondes de haute fréquence passant à travers la section protégée,, lorsqu'il se produit un défaut en dehors de la section.
La présente invention a pour objet un dispositif de pro- tection perfectionné du type général ci-dessus mentionné, dans lequel un certain nombre ou la totalité des inconvénients signalés sont supprimés entièrement ou en grande partie.
Ceci est obtenu par l'emploi de redresseurs conjointe- ment avec le relais et les circuits pilotes, de telle manière que le système de protection fonctionne avec des relais à courant continu au lieu de relais h courant alternatif, comme ceux employés jusque présent. Il est un fait bien connu que les relais à courant continu peuvent avoir une sensibilité plusieurs fois plus grande que les relais à courant alterna- tif
Le prix élevé des câbles pilotes est dû partiellement aux grandes dimensions du conducteur et partiellement à la grande quantité d'isolant. La résistance minimum des conduc- teurs et le voltage minimum pour lequel ils peuvent être isolés sont tous deux directement dépendant de la sensibilité maximum laquelle on peut construire des relais appropriés et il est évident pour cette raison qu'un système de
protection suivant cette invention utilisant des relais à courant continu offre un avantage spécial par la suppression ou la réduction au - minimum des difficultés (a) et (b) mentionnées ci-dessus.
Différentes propositions ont déjà été faites en vue de vaincre les inconvénients (c)et (d), mais ceux-ci sont aussi évités dans une certaine mesure par le système perfectionné.
<Desc/Clms Page number 4>
Les redresseurs peuvent être combinés avec les relais à courant continu de manière à provoquer la circulation de cou- rants à sens unique dans les relais lorsque des courants al- ternatifs circulent dans le circuit pilote. Ainsi chaque re- lais peut être shunté par un redresseur, une moitié de l'onde du courant alternatif passant alors sans traverser le relais tandis que l'autre moitié est envoyée à travers le relais.
Les deux moitiés de l'onde peuvent être utilisées par l'emploi d'un relais à deux bobines et de deux redresseurs. suivant une modification , les redresseurs peuvent être combinés avec les transformateurs de courant de manière à agir pour convertir les forces électro-motrices du secondaire en forces électro-motrices à sens unique appliquées au cir- cuit pilote et aux relais, les redresseurs étant de préférence disposés en vue de réaliser un redressement à ondes pleines.
Dans une autre disposition, chaque relais est pourvu de deux bobines qui sont reliées ensemble d'un coté au secondaire d'un transformateur d'intensité tandis que de l'autre côté elles sont raccordées aux bobines correspondantes du relais à l'extrémité la plus éloignée, par l'intermédiaire de deux fils pilotes comportant chacun un redresseur, la disposition étant telle que des courants à sens unique peuvent circuler dans une direction travers l'une des bobines de chacun des relais et dans l'autre direction h travers l'autre bobine.
L'invention peut être mise en pratique de différentes manières, huit dispositions différentes étant représentées à titre d'exemple respectivement sur les huit figures des dessins annexés.
Dans la disposition de la Fig. 1, l'invention est appli- quée à un système de protection Merz-Price simple du type à n
<Desc/Clms Page number 5>
forces électro-motrices opposées, dans lequel les secondaires
A de transformateurs d'intensité aux extrémités de la section protégée B sont reliés ensemble par des fils pilotes C, Cl de telle manière que normalement il y a équilibre de forces élec- tro-motrices dans le circuit pilote. En série avec le circuit pilote à chaque extrémité se trouve un relais à courant con- tinu D shunté par un redresseur E, le relais D commandant un circuit de renversement B1 pour un interrupteur B2 dans la section protégée.
Grâce à cette disposition, la présence d'un défaut dans la section protégée rompt l'équilibre normal dans le circuit pilote et y provoque le passage d'un courant alter- natif. Chaque redresseur agit de manière à permettre à l'une des moitiés de l'onde alternative de le traverser sans pro- duire d'effet sur le relais et à forcer l'autre moitié de l'onde à passer à travers celui-ci. La combinaison du redres- seur avec le relais à courant continu peut ainsi être consi- dérée comme remplaçant le relais à courant alternatifordinai- re et, en effet, le mode de fonctionnement général du mécanis- me de protection est pratiquement identique à celui qui se produirait si par un moyen quelconque un relais à courant alternatif plus sensible avait été utilisé.
Sur la Fig. la section protégée de la ligne est repré- sentée sous forme d'un conducteur unique, mais on comprendra que le dispositif.peut être appliqué à la protection d'un groupe de conducteurs, comme par exemple un feeder triphasé, peu importe qu'il soit fait usage d'un circuit pilote à deux conducteurs ou à trois conducteurs.
Les Figs. 2 et 3 montrent des modifications du disposi- tif de la Fig. 1 dans lesquelles les deux moitiés de l'onde du
<Desc/Clms Page number 6>
courant alternatif sont utilisées, grâce \ l'emploi d'un re- lais h deux bobines et de deux redresseurs à chaque extrémité.
Sur la Fig. 2, chaque bobine de relais D1 ou D2 est shuntée par un redresseur E1 ou E2 et les deux bobines shuntées de chaque relais sont montées sensemble en série dans le circuit ilote C C1. Les deux redresseurs E1 ou E2 sont dirigés en sens opposés de telle sorte que l'une des moitiés de l'onde du courant alternatif passe travers la bobine D1 et le re- dresseur E2 tandis que l'autre moitié passe à travers la bo- bine D2 et le redresseur El. sur la Fig. 3, les deux bobines D3 D4 de chaque relais sont montées en parallèle dans le cir- cuit pilote et chaque bobine est montée en série avec un re- dresseur E3 ou E4 dirigé de telle manière que l'onde du cou- rant alternatif passe alternativement à travers les deux bo- bines.
Le fonctionnement de ces deux dispositions modifiées est semblable h. celui du dispositif de la Fig. 1 et se com- prendra sans nécessiter d'autres explications.
Les Figs. 4 et 5 montrent deux dispositions différentes, dans lesquelles les forces électro-motrices secondaires des transformateurs de courant aux extrémités de la section pro- tégée sont redressées avant d'être appliquées au circuit pi- lote et aux relais à courant continu. Dans ces dispositifs, les tensions et les courants dans le circuit pilote sont à sens unique et il est par conséquent possible de réduire au minimum les difficultés mentionnées précédemment sous (b), (c) et (d), en .réalité, l'emploi de circuits à fil pilote nu sur des lignes aériennes devient possible.
Il devient égale- ment possible d'incorporer les fils pilotes dans le câble de ligne lui-même au lieu d'employer un câble pilote,séparé, comme c'était nécessaire jusque présent:
<Desc/Clms Page number 7>
Dans la disposition suivant la Fig. 4, quatre redres- seurs F sont établis à chaque extrémité et sont disposés dans l'installation à pont de Wheatstone bien connu en vue d'assu- rer un redressement à ondes pleines, les deux côtés du secon- daire G du transformateur de courant étant reliés à deux an- gles opposés du pont tandis que les deux autres angles sont reliés aux deux fils pilotes H, H1, dont l'un renferme, les relais à courant continu J.
Les directions des redresseurs sont établies de telle manière que les forces électro-motrices redressées des deux extrémités du circuit pilote s'équilibrent normalement
Une autre disposition bien connue des redresseurs pour effectuer un redressement à ondes pleines est représentée sur la Fig.
5, dans laquelle deux redresseurs F1 disposés en sens opposés sont montés en série l'un avec l'autre sur le secon- daire G du transformateur de courant, les deux fils pilotes
H H1 étant reliés respectivement à un point de dérivation cen- tral G1 sur le secondaire et au point de jonction des deux redresseurs F1
Dans ces deux dispositions aucun courant ne circule nor- malement dans le circuit pilote, mais lorsqu'un défaut se pré- sente dans la section protégée, l'équilibre normal dans le circuit pilote est rompu et un courant circule dans ce cir- cuit pour actionner les relais.
Une difficulté -cessible qui pourrait se produire dans ces dispositifs est que si ce cou- rant à tendance à circuler dans l'une des directions dans le circuit pilote, les redresseurs à l'une des extrémités l'em- pêcheraient de passer, tandis que s'il a tendance à circuler dans l'autre direction , les redresseurs à l'autre extrémité l'empêcheraient de passer. Cette difficulté* est en partie évi-
<Desc/Clms Page number 8>
tée par le fait qu'en général les redresseurs permettront $à une certaine partie du courant de passer dans la direction inverse. En d'autres termes, dans l'une des directions ils présentent une très faible résistance, tandis que dans l'au- tre direction la résistance, bien qu'élevée, est encore li- mitée.
Si la résistance des redresseurs dans la direction à forte résistance n'est pas suffisamment basse, il est possi- ble d'obtenir le résultat désiré en shuntant les redresseurs par une résistance externe, indiquée en pointillé en K sur les Figs. 4 et 5.
Cette difficulté est évitée dans un autre dispositif modifié représenté sur la Fig. 6. Dans ce dispositif les for- ces électro-motrices du secondaire L de chaque transformateur d'intensité sont redressées par un montage en pont de Wheatsto- ne de quatre redresseurs M (ou, suivant une modification, par le montage de deux redresseurs, comme sur la Fig. 5) et sont appliquées à deux des fils d'un circuit pilote à quatre fils N N1 N2 N3. Les relais courant continu sont munis chacun de deux bobines 0 01, chaque paire de fils pilotes en contenant une.
Ainsi, chaque paire de fils pilotes N, N1 ou N2 N3 cons- titue un circuit séparé dans lequel un courant rectifié venant du secondaire L du transformateur de courant à l'une des ex- trémités circule continuellement et les deux courants s'équi- librent normalement dans les deux bobines 0 O1 de chaque re- lais. Un défaut dans la section protégée rompt l'équilibre normal dans chaque relais et provoque ainsi le fonctionnement des relais.' .
La Fig. 7 montre encore une autre méthode pour éviter la difficulté ci-dessus mentionnée. Dans cette disposition les forces électro-motrices du secondaire des transformateurs de.
<Desc/Clms Page number 9>
courant P sont opposées entre elles dans le circuit pilote sans redressement comme dans les dispositifs des Figs. 1 à 3.
Trois fils pilotes Q, Q1 Q2 sont employés dont l'un Q relie directement les secondaires P sur l'un des côtés, tandis que les deux autres Q1 sont montés en parallèle l'un par rap- port à l'autre et relient les autres bornes des-.deux secon- daires P. Les relais à courant continu sont pourvus chacun de deux bobines R1 R2 montées respectivement dans les deux fils pilotes Q1 Q2, qui contiennent également chacun un re- dresseur S1 ou 82,les deux redresseurs étant dirigés en sens opposés de manière à permettre au courant de circuler dans une direction par le fil pilote Q1 et les bobines R1 des re- lais et dans le sens inverse par le fil pilote Q2 et les bobi- nes R2 des .'relais.
Normalement, dans cette disposition, aucun courant ne passe dans le circuit pilote,mais lorsqu'un défaut se produit dans la section protégée, un courant alternatif circule dans le fil pilote Q. Une moitié de l'onde de courant alternatif circule à travers le fil pilote Q1 et l'autre moitié circule à travers le fil pilote Q2 de sorte que les deux bobines de cha- qué relais sont excitées alternativement.
Une autre difficulté possible qui peut se présenter dans les dispositions des Figs. 4 et 5, est que dans certaines conditions, les courants du défaut aux deux extrémités de , la section protégée peuvent être égaux en amplitude mais dé- calés de 180 l'un par rapport à l'autre.
Dans les systèmes de protection ordinaires à forces électro-motrices opposées équilibrées (de même que dans les dispositifs des Figs. 1,2,
3 et 7) un tel défaut provoque le fonctionnement du mécanisme protecteur, car bien que les valeurs r.m.s. des courants du
<Desc/Clms Page number 10>
défaut aux deux extrémités soient égales, elles sont décalées de 1800 et -par conséquent les voltages des secondaires des transformateurs de courant aux deux extrémités, qui sont normalement opposés entre eux, se mettent en phase, de telle sorte qu'il se produit un voltage résultant qui a pour effet de faire circuler un courant dans le circuit pilote et dans les relais.
Si, comme dans les Fige. 4 et 5, les voltages des secondaires des transformateurs de courant sont redressés il est évident qu'il ne peut être question d'un voltage résul- tant dans ces conditions particulières de défaut. Une façon de supprimer cette difficulté dans le cas d'un réseau triphasé est représentée sur la Fig. 8 dans laquelle le voltage du se- condaire de chaque transformateur de courant T ou il ou T2 est combiné avec un autre voltage dérivé du secondaire d'un transformateur de tension U2 ou U ou U1, le secondaire du transformateur de courant étant en série avec le secondaire du transformateur de tension dans la phase en retard.
On obtient ainsi un voltage résultant qui dépend en par- tie de l'amplitude et en partie de la phase du courant pri- maire, et ce voltage résultant'est redressé au moyen de grou- pes de redresseurs V v1 V2 disposés dans l'installation à pont de Wheatstoneet appliqués aux fils pilotes W, W1 W2 et aux relais X X1 X2. Par cette disposition aucun courant ne circu- le normalement dans le circuit pilote mais lorsqu'un défaut se présente dans la section protégée un courant redressé circule à travers le relais. Si c'est nécessaire, les redresseurs V vl v2 peuvent être shuntés par une résistance élevée comme c'est décrit pour le dispositif de la Fig. 4.
L'invention peut aussi être appliquée d'une manière semblable du système à courant de circulation Merz-Price, dans lequel les secondaires des transformateurs d'intensité sont
<Desc/Clms Page number 11>
reliât dans le même sens au circuit pilote au lieu de l'être .... en sens opposés, les relais de renversement étant montés en- tre des points équipotentiels dans le circuit pilote.
L'emploi de courant redressé dans le circuit pilote sui- vant l'invention offre un autre avantage en ce qu'il élimine plusieurs des difficultés pratiques inhérentes à l'application du dispositif de protection Merz-Price à la protection d'un feeder ayant un ou plusieurs branchements dérivés en des points intermédiaires. Dans un cas pareil les forces électro-motri- ces secondaires redressées des trois extrémités, ou davantage, du système de feeders en T sont appliquées au circuit pilote en série l'une avec l'autre, de telle manière qu'il s'établit normalement un équilibre des forces électro-motrices dans ce circuit.
Les relais de renversement à courant continu dans le cir- cuit pilote peuvent être de tout type approprié, mais doivent avoir une action retardatrice suffisamment grande pour rendre leur fonctionnement indépendant des fluctuations provenant de l'emploi de courant alternatif redressé. Cette action retarda- trice'sert également rendre les relais insensibles aux effets des courants à haute fréquence redressés de courte du- rée qui peuvent circuler dans le circuit'pilote par suite des ondes à haute fréquence dans le circuit de transport d'éner- gie. Le circuit pilote peut également être compensé quant aux effets des courants de capacité de l'une ou l'autre manière bien connue, comme par exemple, par la disposition de gaines circuit ouvert autour des fils pilotes.
La disposition suivant l'invention offre également l'a- vantage que le circuit pilote peut être utilisé, sans l'em- ploi de dispositifs spéciaux, pour la transmission de courants continus en vue de renversements en cas d'urgence.
<Desc/Clms Page number 12>
Les redresseurs sont de préférence du type à pellicule d'oxyde de cuivre, en raison de leur degré élevé de stabilité et d'uniformité d'action, mais on comprendra que l'invention n'est pas limitée à l'emploi de redresseurs de ce type et que des valves thermofoniques, ou des redresseurs du type électrolytique ou autres peuvent également être employés.
.REVENDICATIONS
1.- Dans un dispositif de protection électrique pour circuits de transport d'énergie b courant alternatif, la combinaison d'un circuit pilote excité par des transforma- teurs de courant aux extrémités du circuit protégé,avec des redresseurs montés dans le circuit pilote de telle manière qu'ils font fonctionner les relais courant continu dans ce circuit pour couper le circuit protégé lorsqu'il se produit un défaut dans celui-ci.
2. - Dispositif de protection électrique suivant la re- vendication 1, dans lequel les redresseurs sont combinés avec les relais courant continu et font passer des courants b sens unique par les relais lorsque des courants alternatifs circulent dans le circuit pilote.
3..- Dispositif de protection électrique suivant la re- ventlication 2, dans lequel chaque relais est shunté par un redresseur, l'une des moitiés de l'onde du courant' alternatif passant sans traverser le relais, tandis que l'autre moitié est envoyée à travers celui-ci.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.