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Réglage de lignes de courant alternatif à longue distancée
Dans les transmissions de courant alternatif à longue distance, on désire en général maintenir, avec une intensité variable, la tension constante, afin de pouvoir procéder, aus- si bien à l'extrémité de génération et à l'extrémité de oonsom mation qu'en des postes intermédiaires quelconques, à la oon nexion directe aux réseaux de distribution usuels.
Mais la for- te self-induction de ces lignes provoque d'une part des dif-
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férenoes de tension induotives considérables, et la grande oa- paoité de ces lignes aériennes ou câbles à haute tension pro- voque d'autre part la production de forts courants de charge, qui, eux aussi, ont pour résultat des différences de tension.
C'est pourquoi il faut régler ces lignes, avec leurs courante et leurs tensions déwattés nuisibles, au mojren de dispositifs additionnels qui compensent les effets nuisibles par amenée de courants ou de tensions déwattés externes, et conservent ainsi le niveau de tension de la,ligne* On oonnait une série de méthodes pour l'arrangement de dispositifs de compensation de ce genre. On peut monter les génératrices de puissance réao- tive aussi bien en parallèle qu'en série aveo la ligne.
On peut employer comme génératrioe de puissance relative, des machines synchrones., des machines asynchrones, des bobines de réaotanoe, des condensateurs, etc..., qui peuvent être employés dans les oouplages et les dispositions à fonctionnements les plus divers
La présente invention a pour objet une méthode simple et exacte, par laquelle ces dispositifs de puissance réactive destinés à compenser la ligne peuvent être réglés, et l'inven- tion prévoit à cet effet des mécanismes de réglage appropriés.
La figure 1 du dessin ci-joint représente une ligne ou une partie de ligne à longue distance* Cette ligne peut oompor. ter deux postes terminaux, A, mais elle peut aussi être assem- blée aveo d'autres lignes'en un réseau circulaire ou un réseau à mailles. Dans tous les postes S, de la puissance est conduite àla ligne ou en est tirée, en alternance désirée quelconque, et on a monté en outre dans ces postes les dispositifs de oom- pensation. Ces dispositifs doivent être oaloulés dans chaque poste de manière à pouvoir compenser principalement une partie déterminée de la ligne, par exemple environ la moitié de chaque section de ligne, entre les divers postes.
On sait qu'avec de longues lignes de courant alternatif, on opère de préférence à un état de régime tel que le rapport
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de la tension et du courant concorde avec la résistance d'onde résultante de la ligne, donc que.-
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E urTT #. ( 1 ) J K En insérant la fréquence de courant alternatifcette équation peut aussi s'écrire
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c., K E2 m c.J L J2 (2) et indique que toutes les puissances réactives déponent de la tension et toutes les puissances réactives dépendant du courant, doivent être égales les unes aux autres. Avec un oouplage série pur des dispositifs de compensation, leur puis sanoe réactive dépend en général du oourant et fait partie du oSté droit de l'équation (2).
Avec un couplage parallèle pur des dispositifs de compensation de puissance réactiva,, leur puissance réactive dépend en général de la tension et fait partie du côté gauche de l'équation (2). En conséquence, dans chaque cas les puissances réactives des dispositifs de oompensation externes de la ligne doivent être comprises dans le hilan de puissance de l'équation (2), si on désirs une compensation complète des puissances réactives dans cha- que section de ligne et en conséquence sur 1'ensemble de la ligne. De plus, il faut compter dans ce belan d'énergie de la puissance réactive., les composantes réactives des puissances apparentes de réseaux ou de consommateurs éventuellement con- nectés,
composantes tirées des poste@ ou amenées aux postes.
Or d'après la présente invention, les génératrices de puissance réactive additionneles dans les divers postes. génératrices qui doivent servir à la compensation sont ré- glées de manière que la condition de l'équation (2) soit tou- jours remplie, et on doit employer à cet effet un indicateur ou dispositif de commande, qui indique l'équilibre des puis- sances d'après l'équation (2) et qui, en cas d'éoart de l'é- quilbre, provoque l'augmentation ou la diminution de la puis-
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sauce réactive externe.
Les conditions seront plus explicitement décrites en se reportant à l'exemple d'une amenée parallèle de la puis- sance réactive compensatrice dans un poste. Dans la figure 2, L désigne de nouveau la ligne à longue distance, 8 la barre collectrice d'un poste,à laquelle est connectée d'un côté le réseau N de type quelconque, qui peut céder ou reoevoir en alternance quelconque des courants wattés ou déwattés, et de l'autre côté le dispositif compensateur K, qui, dans le présent exemple, est une maohine synchrone avec son régula- teur R du courant excitateur.
Si on écrit l'équation (2) sous la forme : ' JKE L J (3), JK désigne dans cette équation l'ensemble du courant déwatté conduit à la section de ligne et comprenant aussi bien le cou- rant de charge de la ligne JC que la part de courant déwatté magnétisante JS. sin @ du poste. Le côté gauche de l'équa- tion (3) peut s'écrire en conséquence ;
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JK E IS j 0 E - j sin <2? E c.3 C EE E JE sin po zal Dans oette équation le courant de charge de la ligne est ex- primé par sa capacité propre C.
Le oôté droit de l'équation (2) et de l'équation (3) se compose de deux facteurs,à sa- voir les puissances réactives de la branohe gauche et de la branohe droite, qui sont adjointes au poste pour la oompen. sation et que l'on doit traiter séparément, oar elles peu.. vent conduira des courants de grandeur différente. En. consé- quence :
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u? L F2 = L1 Jl2 t ú) L2 J22 2 (5) Après insertion de l'équation (4) et de l'équation (5) dans Inéquation (3), l'équilibre des puissanoes réactives dans la section de ligne de ce poste est dono donné par l'équation oonditionnelle :
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co0 E ... E JS ein ce G0 Ll J 12 ..
L2 J2 . 0 (6)
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Pour établir d'après la présente invention un indice- teur ou dispositif de commande conforme à cette condition dtéquilibre, on peut utiliser par exemple un relais dont la partie mobile subit l'action de forces mécaniques qui sont proportionnelles aux divers membres de cette équation. Dans la figure 2 on a monté, à cet effet, quatre disques de Ferra- ri sur un arbre et ces disques sont influencés par quatre systèmes d'aimant à deux bobines. Dans l'élément inférieur 1. les deux bobines sont influencées par la tension E de la li- gne à longue distance dans le poste, de sorte que cet élément engendre un moment correspondant à E2.
Par des dimensions appropriées, et le cas édhéant par réglage, le facteur de proportionnalité de ce moment de rotation doit être réglé sur la capacité C des deux branches de ligne à compenser par le poste. Cet élément mesure en conséquence la puissance de capacité de la ligne. Dans le deuxième système de Ferrari, la même tension 9 agit sur une bobine, et sur l'autre le oourant total JS du poste, de sorte que le moment de rotation est proportionnel à E. JS. sin cet élément mesure en consé- quenoe la puissance réactive du poste. Le troisième élément de Ferrari est influencé sur ses deux bobines par le courant J1 de la branche de ligne gauche et est réglé par son faoteur de proportionnalité sur la self-induction L1 de la partie de ligne gauche.
Le quatrième élément de Ferrari est influen- oé de même manière par le oourant J2 de la branche de ligne droite et est réglé à la self-induotion L2 de cette branche.
Comme en conséquence les moments de rotation des qua- tre disques ne sont en équilibre qu'en cas de compensation complète d'après l'équation (6), et que dans un autre oas ils tendent à tourner à droite ou à gauche,, on pourrait les utiliser directement pour le déplacement du régulateur-exoi- tateur R. Mais, ainsi que représentésur la figure 2, il vaut mieux ne faire'fermer à ce système qu'un contact, qui provo. que la marche à droite ou à gauche un tour auxiliaire par
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tioulier et amène ainsi la machine de compensation K à céder plus ou moins de courant déwatté. Un ressort prévu dans le relais sert alors au réglage de la position de repos à l'é- tat d'équilibre.
Cette disposition assure toujours, aveo des condi- tions modifiées quelconques de l'ensemble de l'installation, dans le minimum de temps un réglage parfait et un rétablisse- ment de la compensation, et ainsi de la distribution de ten- sion la plus avantageuse. Par exemple, si la puissance pas- sant par la ligne à longue distance oroit, les courants J1 et J2 varient aveo cette puissance et engendrent une ohute de tension ohmique accrue, Le relais fonctionne immédiatement, met le régulateur en aotion et réduit sa puissance réactive jusqu'à ce que le courant débatte total JS sin du poste ait diminué dans une mesure telle que sa ohute inductive dans la ligne soit réduite, dans la mesure requise, par l'augmenta- tion de la chute dé tension de la puissance transmise.
Si d'autre part la charge utile du réseau N oonneoté au poste varie, les variations de courant watté sont reçues par la ligne à longue distance, et Jl et J2 sont ainsi changés avec le même effet que précédemment. Les variations de courant déwatté du réseau ohangent le courant débatte de l'ensemble du poste; agissent ainsi sur le relaie, et provoquent au ré- gulateur un changement tel que l'ensemble du courant déwatté du poste revient à la valeur exacte. Si la tension de la li- gne à longue distance ou du poste varie, de sorte que le cou- rant de capa citéde ligne change, cette influence se fait également ressentir dans le relais et est immédiatement oom- pensée par un aotionnement du régulateur de courant déwattéR.
Avec ce système régul&aur on peut fonctionner exaotement sur la ligne à longue distance aveo une tension quelconque et on observe toujours exaotement les conditions de compensation.
On peut encore déterminer d'après un autre point de
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pensation mentionnés au débute
De même, il importe peu de quelle manière on dérive des lignes les divers courants et tensions pour les indica- teurs, soit par des transformateurs de courent ou de tension, ou qu'on les établisse soit par des résistances, soit par des capacités auxiliaires, soit par des self-inductions, ou qu'on divise certains courants ou qu'on les oombine à plusieurs.
Par exemple, pour économiser des transformateurs de courant, on peut obtenir le courant Js du poste sur la figure 2 par formation différentielle avec les oourants J1 et J2 de la li- gne.
On peut, exaotement de la manière décrite suivant un exemple pour un dispositif de compensation monté en parallèle à la ligne, établir, d'après l'invention, des indicateurs et des méthodes de réglage pour des dispositifs de compensation qui sont montés en série aveo la ligner En pareil cas, il faut dans l'équation (2) diviser non pas le côté gauche, mais le coté droit, en parts différentes, qui appartiennent à la li- gne même et au dispositif de compensation. On obtient, dans ce cas aussi, une condition d'équilibre qui peut être repro- duite par des indicateurs tout aussi simples.
Les dispositifs de réglage du oourant déwatté dans les divers postes sont réglée, d'après l'invention, par le servi- ce régulier de l'installation conformément à l'équation géné- raie (2) ou à l'équation spéoiale (6), de manière qu'ils con- trôlent les puissances réactives d'une section de ligne déter- minée et 1'équilibrent. En conséquence, on a attribué à cha- que poste une section déterminée de la ligne. Mais une pertur- bation éventuelle peut provoquer la mise hors service de la disposition de réglage, ou du dispositif de compensation, ou de l'ensemble du poste. Dans ce cas, la section de ligne ap- partenant à ce poste est tout d'abord non compensée, et ses courants déwattés ooulent dans les autres sections.
En pareil
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vue la tension de travail de la ligne:; Par exemple, on peut la fixer au moyen d'un régulateur de tension d'un poste quel- oonque connecté à la ligne à longue distance. Si on ne dési- re pas cette indépendance de la tension, il suffit de faire agir dans le relais, au;lieu du système de Ferrari inférieur qui mesure la tension, un moment de rotation constant, par a- xemple au moyen d'un poids ou d'un ressort à tension préala- ble, et on obtient alors un réglage à une tension constante, dont la grandeur est réglable à volonté par changement du poids ou de la force du ressort.
On pourrait même, en rempla- çant le deuxième système de Ferrari en partant d'en bas, par une force réglable, régler évidemment aussi sur un courant déwatté déterminé du poste, mais ce réglage a en général moins d'importance.
Au lieu du relais de Ferrari, on peut évidemment em- ployer un autre relais quelconque, ou des dispositifs de me- sure quelconques, qui sont en état de débiter des moments de rotation d'après'l'équation conditionnelle (6). On peut em- ployer par exemple des éléments à bobines tournantes qui fonc tionnent sur E.J. sin. des éléments à fer doux qui fono- tionnent sur E2,ou des éléments similaires connus* On peut aussi reproduire la condition d'équilibre (6) par voir uni- quement électrique et, au lieu des forces mécaniques; engen- drer par exemple au moyen de redresseurs, des courants con- tinus de force correspondante, qui peuvent s'additionner.
Pour l'invention, il importe seulement que l'équili- bre des puissances réactives dans l'installation soit repro- duit d'après l'équation (6) dans un indicateur de manière que le dispositif de réglage pour la puissance réactive dans les postes réagisse à l'équilibre absent et le rétablisse.
Il importe peu pour l'invention quels dispositifs de oompen- sation se trouvent dans les postes, soit une machine synchro- ne comme dans la figure 2, soit un'autre des moyens de oom-
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cas, il est rationnel que chacun des postes voisins inter- vienne pour la partie non compensée qui touche directement à sa propre partie de ligne compensée.. Ce résultat peut s' obtenir du fait que l'on augmente dans une mesure appropriée les faoteurs de proportionnalité des divers éléments de l'in dicateur qui correspondent au premier nombre et à l'un des deux derniers membres du.cote gauche de l'équation (6).
Com- me chaque poste voisin, avec son courant déwatté JS. sine, doit compenser maintenant encore une autre section de ligne, sa capacité adjointe 0 et sa self-induction adjointe L1 ou
L2 augmente de la mesure de la nouvelle section. En consé- quenoe, si on imprime à l'indicateur, par exemple sur la fi- gure 2, par ohangement de la sensibilité des éléments de
Ferrari 1 et 4, ou 1 et 3, les adjonctions correspondantes, il établit exactement la condition d'équilibre sur le nou- veau système de ligne avec les seotions de ligne de droite ou de gauche oonneotées du poste déconnecté.
En général, cette commutation peut s'obtenir par changement des résistances ou des self-inductions ou des nombres de spires, dans le circuit de mesure. On l'a réali- se à la main sur un avis du poste avarié, ou bien on peut la réaliser automatiquement du fait qu'on dispose dans oha- que poste un relais qui fonctionne soit à une augmentation de tension inadmissible, soit à des courants déwattés inad- missibles parcourant la ligne à longue distanoe dans le poste, soit aux deux en commun,, On peut se servir dans ce but avantageusement, par exemple d'un relais à puissance réactive, dont la bobine de tension est parcourue par la tension E de la ligne, et dont la bobine de courant est par- oourue par la somme des courants J1 et J2 dans les deux sec- tions de ligne.
Ce relais fonctionne alors lorsque, en cas de manque d'un poste, son courant déwatté fournit jusque là, 'se déverse dans l'un ou les deux côtés de la/ligne à longue
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distance et les postes voisins, jusqu'aux extrémités de la li- gne.
Comme avec des sections de ligne inégales de la lon- gueur a1 et a2, qui appartiennent à chaque poste, le courant déwatté JS du poste se divise en deux branches inégales vers la droite et vers la gauche, il est avantageux de ne pas faire réagir le relais proteoteur, juste mentionné, simplement à la somme de J1 et J2, mais de ne faire agir ces oourants que dans le rapport inverse de leurs seotions de ligne.
Si on laisse réagir le relais à
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/ â] i 1 - i a2 -I e2D aîn 1-r cette expression reste, en cas de fonctionnement régulier de tous les postes, dans chaque poste égale à zéro, mais passe, dès manque de compensation en un point quelconque, dans les postes voisins du lieu de l'avarie, à une valeur notablement élevéet qui suffit pour la commutation de ce poste à la nou- velle condition d'équilibre. Comme un relais de puissance de ce genre indique en même temps la direction, il indique par voie de sélection l'équilibre perturbé de la ligne de connexion de droite ou de gauche de chaque poste et peut servir à cor- riger en conséquence le premier et le troisième ou quatrième élément de l'indicateur d'après la figure' 2 ou l'équation (6).
Le réglage de la présente invention peut être utili- sé dans les postes terminaux exactement comme dans les postes intermédiaires. Dans ce cas, on peut supprimer en imagination la ligne L1 sur la figure 2, et faire agir l'indicateur sur un dispositif uniquement compensateur K, qui ne compense alors du poste que la première section de ligne. Dans ce cas, les génératrices du poste peuvent être connectées aux barres col- lectrices 5, de même que le reste du réseau consommateur ou gé- nérateur N. Mais on peut aussi remplacer la / aligne L1 par les
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génératrices du poste terminal et compenser conjointement de manière automatique leur oourant déwatté indésirable.
En fin de compte, on peut considérer ces génératrices comme disposi- tif de compensation K, et régler automatiquement de l'indica- teur leur excitation, soit seule, soit conjointement à un au- tre mode quelconque de réglage. Dans ce cas, on remplace l'é- lément de tension inférieur 1 de l'indicateur de préférence par une force constante pour régler simultanément, en plus de la compensation, sur une tension déterminée du poste.