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"DISPOSITIF PERMETTANT D'OBTENIR LE POINT NEUTRE
D'UN SYSTEME DE TENSIONS TRIPHASEES"
Dans la plupart des installations de distri- bution d'énergie électrique à courant triphasé, le point neutre est mis à la terre, tantôt à la station généra- trice, tantôt en plusieurs points du réseau et ce, direc- tement ou par l'intermédiaire de résistances ou de bobines de self.
Lorsque le neutre est mis à la terre à la station génératrice seulement et qutil existe dans Inonde de tension du ou des générateurs, par exemple des tensions étoilées d'harmonique trois, il en résulte la circulation d'un courant d'harmonique trois dans le sol ; ce courant
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peut être très important dans un réseau étendu à haute tension, surtout si ce réseau est composé de câbles sou- terrains ; le courant de circulation emprunte alors de préférence l'armature métallique des câbles.
Si le neutre est relié à la terre en divers points du réseau, le sol constitue le quatrième conducteur du système triphasé et permet alors la libre circulation des courants d'harmonique trois provenant de la déforma- tion des tensions étoilées et des courants dûs à des charges inégales des trois phases.
Ces courants de circulation dans le sol ont non seulement ltinconvénient d'apporter des perturbations dans les lignes voisines à plus basse tension et surtout dans les installations téléphoniques, mais encore ils peuvent donner lieu à des phénomènes de résonance sur des fréquen- ces multiples de la fréquence fondamentale du réseau.
Les inconvénients précités sont dûs au fait que le point neutre des générateurs ou des transformateurs couplés en étoile ne se trouve pas au centre de gravité 0 du triangle des tensions à B 0, mais tourne autour de ce point (voir fig. 1 des dessins ci-annexés). Les dits inconvénients pourraient donc être supprimés-s'il était . possible de créer,.à l'aide d'un dispositif auxiliaire, un point neutre artificiel dont le potentiel fût inva- riable et même d'imposer ce potentiel au point neutre du générateur ou du transformateur principal.
La présente invention a pour objet un nouveau dispositif réalisant les conditions précitées et permettant ainsi d'obtenir le point neutre d'un système de tensions triphasées sinusoïdales.
Les fig. 2 à 17 des dessins ci-annexés, qui se rapportent au nouveau dispositif, seront définies au cours
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de la description qui va suivre.
Sur la fig. 2, le triangle A B C, qui est la représentation vectorielle d'un système de trois tensions triphasées sinusoïdales est coupe par une sécante quelconque passant par son centre de gravité 0 et ren- contrant les côtés A B et A 0 en m et n ; la dite figure donne la répartition des tensions dans un groupe de trois auto-transformateurs monophasés, couplés sui- vant le schéma indiqué fig. 3,dans les quelsles rapports des nombres de spires sont respectivement proportionnels aux rapports des longueurs m A/m B, O m/O n, n A/n C mesurées-sur m B O n n C la fig. 2.
Si on applique au groupe en question trois tensions entre phases triphasées sinusoldales, le point
0 (centre de gravité) sera rigoureusement le point neutre du système, même si les noyaux magnétiques des trois auto-transformateurs sont saturés.
Les tensions entre phases niant pas toujours, en pratique, l'allure idéale définie précédemment. Elles pouvant alors être décomposées en un système de tensions d'onde fondamentale et d'harmoniques, les harmoniques de somme nulle (5-7-11...) pouvant seuls exister.
Chacun des harmoniques de somme nulle (5-7-11...) constitue un système de tensions triphasées sinusoïdales. Le point 0 peut donc être considéré comme le point neutre de chacun de ces harmoniques pris isolé- ment.
Il en résulte que Inonde de tension entre neutre et phases, étant formée des éléments de la tension entre phasesne saurait contenir d'harmoniques de ' sommé non nulle - (3-9-15...)
Il convient de remarquer que cette propriété
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subsiste quelle que soit la valeur donnée à l'angle # (fig. 2).
Il s'ensuit que le problème a une infinité de solutions.
Le groupe représenté fig. 3, à titre d'exemple de réalisation de l'invention, est le groupe auxiliaire dont il a été question ci-dessus,permettant de créer un point neutre artificiel de potentiel invariable.
Ce qui précède se rapporte à la marche à vide du dit groupe auxiliaire si on relie le neutre 0' de'ce grou- pe au neutre 01 d'un groupe de récepteurs couplés en étoile à phases non équilibrées, on réalise le schéma montré fig. 4.
La loi de Kirchoff appliquée au point 0, montre quil circulera dans ce cas un courant 3i dans le fil neutre
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neu tre : 1 - 1 f 1 " 3T (1) abc
En effet, on démontre aisément que ce courant de retour se divisera toujours en trois courants égaux et en phase dans les conducteurs qui relient le groupe auxiliaire au réseau, quelle que soit la valeur de l'angle #.
Dans ces conditions, l'application de la loi de Kirchoff aux points A, B, 0 donne : # - # + # a A # = # + # b B #c = #C + #
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wm.w.ww.,rrw..a..aw....rwrww...w.....w Î + 1 + Î = 1 + I z+ Î + 3i (2) a b c A B C
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La somme #A + #B + #C est nécessairement nulle ; par conséquent, l'expression C prend la forme de l'ex- pression (1) et devient donc une identité.
Il en résulte que si le groupe auxiliaire débite sur un réseau en étoile à phases déséquilibrées, il y a un courant de circulation 3i à l'intérieur du circuit formé par ce groupe auxiliaire et le récepteur, tel que représenté fige 40
Les trois auto-transformateurs du groupe auxi- @ liaire peuvent être construits de façon que les demi-.enroule- '
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ments m , - m B, 0 m 0 n, n a n Q présentent l'un par rapport à l'autre une très faible dispersion.
Dans ces conditions, la circulation du courant dans le neutre provoque une faible chute de tension dans le groupe auxiliaire et le point 0 s'écarte légèrement de sa position théorique de marche à vide (déplacement statique).
Sur la fige 5 des dessins ci-annexés, le centre de gravité 0 situe le point neutre à vide et O' le point- neutre en charge.
Cette disposition constitue évidemment un progrès sur les dispositifs actuellement en usage, ceux-ci ayant l'inconvénient de donner lieu à un déplacement exagéré du neutre dès que le courant de retour devient quelque peu important, alors que l'écart entre 0 et O' est très res- treint.
,Il a été exposé précédemment que les propriétés du groupe auxiliaire à vide et en charge étaient indépen- dantes de la valeur donnée à l'angle # (fig. 2).
On peut donc, en particulier, faire = 0. Dans ce cas, le groupe auxiliaire se présente sous une forme intéressante car deux mite-transformateurs suffisent et le diagramme des tensions est tel que représenté fig. 6 ;
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le schéma de couplage correspondant étant donne par la f ig. 7.
Ces deux auto-transformateurs ont respectivement comme rapports des nombres de spires 1/1 et 2/1 et le courant 3i circulant dans le fil neutre se répartit de la façon indiquée sur le schéma.
Les deux auto-transformateurs du groupe peuvent être montés, soit sur deux parties mécaniques séparées, soit sur une partie mécanique à trois noyaux dont le noyau central, non bobiné, possède une section V2 fois plus forte que les noyaux extrêmes,ainsi quil est montré sur la fig.8.
Le groupe auxiliaire.faisant l'objet de l'inven- tion possède de nombreuses applications. En principe, il sera utilisé chaque fois qu'il sera nécessaire d'avoir une tension entre neutre et phases exempte d'harmoniques de somme non nulle ou qu'il devra être possible d'admettre un courant'de retour important dans le neutre avec un déplace- ment électrique très faible de celui-ci,
Les fig. 9 à 16 représentent, à titre d'exemples, un certain nombre de variantes duplication du nouveau dis- positif.
La fig. 9 montre le schéma des connexions pour la mise à la terre du neutre en un point d'un réseau triphasé sans circulation de courant capacitif d'harmonique trois dans le so 1.
La fig. 10 concerne la mise à la terre du neutre en plusieurs points d'un réseau triphasé sans circulation de courant capacitif dtharmonique trois dans le sol ni courant de circulation entre points neutres voisins.
La fig. 11 est relative à la réalisation d'une distribution triphasée à quatre fils en partant d'une
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distribution à trois fils.Le déséquilibre des phases peut être quelconque, pourvu que le courant de retour dans le neutre ne dépasse pas la valeur pour laquelle le groupe auxiliaire a été prévu.
Les figo 12 et 13 montrent respectivement les schémas des connexions pour la fixation du potentiel du neutre d'un générateur étoile ou d'un transformateur étoile/étoile. Dans ce cas, les tensions entre phases et neutres sont exemptes d'harmoniques de somme non nulle et la connexion des neutres permet la circulation des courants d'harmonique troiso
Un transformateur étoile/étoile, en connexion avec un groupe auxiliaire, comme indiqué à la fig. 13, jouit exactement des mêmes propriétés qu'un transformateur ordinaire triangle/étoile ou étoile/triangle.
La figo 14 montre le schéma des connexions pour la création d'un point neutre artificiel dans les généra- teurs ou transformateurs en triangle. Ce mode de couplage est parfois plus économique pour les unités de forte puis- sance.
Enfin, les fig. 15 et 16 se rapportent à ltutili- sation du dispositif comme bobine de soufflage contre les arcs à la terre, le premier schéma comportant un générateur ou récepteur étoile et le second un générateur ou récepteur triangle. La réalisation se fera de préférence avec deux auto-transformateurs établis conformément au schéma de. la fige 7.
Ces auto-transformateurs auront une forte chute de tension,obtenue, par exemple, en plaçantchaque portion d'enroulement de chacun des auto-transformateurs sur deux noyaux différents de la partie mécanique, comme montré
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fig. 17,
Il est naturellement loisible, sans sortir du cadre de l'invention, d'agencer différemment les éléments du nouveau dispositif, de manière à réaliser des variantes se comportant pratiquement comme les exemples montres schématiquement en tout ou partie, fig. 3, 7,8 et 17 et d'appliquer le dispositif en question de toute façon appropriée.