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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE PROTECTION DES :MACHINES DYNAMO-ELECTRIQUES. la présente invention vise des perfectionnements aux systèmes de protection des machines dynamo-électriques, notamment pour machines dynamo- électriques synchrones, cantre les défauts d'isolement. L'invention offre tout d'abord un système ou équipement perfectionné destiné à protéger les machines dynamo-électriques et Remettant de discriminer, de manière certaine, les dé- fauts survenant à l'intérieur et à l'extérieur d'une machine et d'obtenir un degré de sensibilité élevé, grâce à quoi un défaut marne naissant peut être fa- cilement détecté avant de s'aggraver au point de créer des dommages graves.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins
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qui l'accompagnant, donnés simplement à titre d'exemple, et dans lesquels:
La Fig.1 reposante un schéma des connexions d'un système de pro- tection conforme à l'invention*
Les Fig.2 à 6 inclusivement sant des schémas relatifs à des va- riantes de l'invention.
Les Fig.7 et 8 sont des formes d'ondes montrant les conditions et les valeurs de la force électromotrice dans diverses parties de l'enroulement inducteur d'une machine-électrique synchrones dont une partie de l'enroulement d'induit est accidentellement court-circuitée
Les Fig. 9 et 10 enfin sont des schémas relatifs à d'autres va- ri an tes.
La machine dynamo-électrique représentée Fig.l comporte deux en- roulements 10 et 11, mobiles l'un par rapport à l'autre, constituant respecti- vement l'enroulement inducteur et l'enroulement d'induit d'une machine synchre ne, par exemple une génératrice, un condensateur tournant ou un moteur.
L'enroulement d'induit 11 peut être relié à une ligne 12 par des organes appropriés de commanda de circuit, tels qu'un disjoncteur 13 à verrouil lage mécanique et muni d'un enroulement de déclenchement 14. Les enroulements 10 et 11 peuvent être indifféremment l'enroulement de rotor ou l'enroulement da stator, mais dans les diverses figures du dessin on a supposé que l'enroulement inducteur est l'enroulement mobile, et il est, en conséquence, muni des bagues 15,16 et 17.
Le circuit de l'enroulement inducteur 10 comprend un groupe exci- tateur approprié 18 et une résistance de réglage 19. Il est agencé pour être commandé par des moyens appropriés, par exemple un disjoncteur de circuit 20 fermé avec verrouillage et muni d'un enroulement de déclenchement 21.
Conformément à l'invention, on dispose des organes Influencés par un défaut touchant une partie d'un des enroulements de la machine, par exemple l'enroulement d'induit 11, et reliés de façon à être alimentés ou exci- tés en fonction des valeurs relatives des forces électromotrices Induites à un instant quelconque dans deux nombres déterminés de spires de l'autre enroule- ment 10, par le déplacement relatif de cet enroulement et de la partie accide tée de l'enroulement 11.- Comme représenté Fig.1, ces organes comprennent un dispositif à commande électrique, par exemple un relais 22 comportant deux enroulements cou-
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pérants 23 et 24 reliés respectivement, le premier en dérivation sur toutes les spires de l'enroulement 10,
et le second sur la partiedes spires de l'enrou- lement 10 comprise entre les bagues 15 et 16. Des moyens appropriés, tels que des résistances 25, sont montés en circuit avec les enroulements de relais 23 et 24, pour limiter l'intensité du courant continu ou courant d'excitation pas- sant dans ces enroulements.
En vue d'éviter toute possibilité de fonctionnement du relais 22 sous m'effet du courant continu passant normalement dans ses enroulements 23 et 24, les spires de ces enroulements peuvent 'être proportionnées, comme re- présenté, inversement aux nombres de spires de l'enrobement inducteur 10 aux- quelles ces éléments sont reliés. Bien que l'enroulement inducteur 10 soi% re- présenté comme comprenant seulement quatre pôles. avec l'enroulement de relais 24 relié en dérivation sur un seul de ces p'bles, on comprend que le nombre to- tale de pâles, de la machine n'est pas important, et que le nombre des spires sur lesquelles sont reliés en dérivation les enroulements de relais, peut être varié et choisi pour se conformer à divers systèmes de machines.
De préférence, le rapport entre les nombres plus grands et plus petits des spires de l'enroulement inducteur, est rendu aussi grand que possible, car cela fournit le déséquilibre maximum de tension. biais, lorsque le nombre de p'bles aumente, le rapport peut 'être réduit car en agissant ainsi, il est possible de maintenir sur le relais une valeur efficace des forces électromotrices induites non équilibrées, pendant une certaine durée, et d'assurer ainsi le fonctionnement définitif du relais.
Dans l'équipement représenté Fig.l, le relais 22 est du type dif- férentiel, et l'effet résultant des enroulements 23 et 24, dû au courant conti- nu qui les traverse, est à peu près nul, dans les conditions normales-. Mais, en cas de production d'un défaut tel qu'm court-circuit ne touchantqu'une partie de l'enroulement 11, chaque fois que la partie court-circuitée passe devant l'enroulement bobiné sur un pale inducteur, elle induit dans cet élé- ment une force électromotrice alternative dont la grandeur dépend du nombre des spires court@@rcuitées. Pour une partie ou fraction déterminée quelconque de l'enroulement inducteur,par exemple un pôle,
cette force électromotrice possède une valeur relativement élevée, comme indiqué par les plus grandes pointes dans la forme d'onde représentée Fig.7, tandis que pour l'enroulement inducteur total, la force électromotrice alternative résultante est relative-
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mant faible, comme représenté par la forme d'onde de la Fig.8
Cela est facile à comprendre car la tension induite dans la frac- tion déterminée de l'enroulement inducteur est pratiquement entièrement abso- bée par la partie restante de l'enroulement, du fait que l'impédance de cet enroulement est très grande en comparaison de l'impédance du circuit.
En d'au- tres termes, pour un défaut intérieur sur l'enroulement 11, la tension appa- raissant aux bornes de l'enroulement inducteur 10 est à peu près nulle, mais des tensions apparaissent périodiquement dans les enroulements des pales suc- cessifs, lorsqu'ils passent devant la partie court-oirouitée de l'enroulement d'induit.
La tension par pôle n'est pas uniforme et peut atteindre un mul- tiple de la tension appliquée à l'enroulement inducteur 10, comme représenté par les Fig*7 et 8.
Mais ii est apparent que, lorsque la force électromotrice alter- native relativement élevée apparaît dans l'enroulement 24 du relais à nombres ses spires, son effet recontre l'effet antagoniste de la force électromotrice relativement faible obtenue dans l'enroulement 23 de quelques spires, et, en conséquence, l'effet différentiel résultant de ces enroulements produit l'o- pération du relais 22, qui peut être agencé pour commander des contacts dans un circuit auxiliaire, afin de donner une alarme, ou exécuter un déclenche- mercit, par exemple avec le circuit des enroulements de déclenchement 14 et 21.
Au contraire, si l'enroulement inducteur 10 est sain, et si un défaut se. produit à l'extérieur de Il enroulement d'induit 11, par exemple un court-circuit sur la ligne 12, la tension apparaissant dans l'enroulement in- ducteur 10 est distribuée uniformément, c'est-à-dire que chaque pôle'prend sa portion propre, de sorte que les enroulements différentiels 23 et 24 du re- lais 22 demeurent équilibrés et que le relais ne fonctionne pas.
S'il se produit un défaut extérieur avec un court-circuit exis- tant entre un nombre suffisant des spires inductrices suffisantes, l'équili- bre entre les enroulements de relais 23 et 24 est rompu. Le relais 22 peut être agencé pour fonctionner dans ces conditions.
Dans la réalisation représentée Fig.2, on relie, d'une part, en dérivation sur l'enroulement inducteur 10, une impédance appropriée, telle qu'une résistance 26, et d'autre part, entre des points intermédiaires de la résistance 26 et de l'enroulement inducteur 10, l'enroulement 27 d'un dispo-
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sitif à commande électrique, tel qu'un relais 28.
Ces points intermédiaires sont choissi de façon à être normalement équipotentiels et de manière qu'un courant alternatif suffisant pour actionner le relais 28, traverse l'enroule- ment 27 de ce dernier seulement en cas de production d'un court-circuit inté- rieur à l'enroulement d'induit 11, (qui n'est représente dans aucune des fi- gures 2 à 6 inclusivement),où à l'enroulement inducteur 10.
Si on le désire, le relais 28 peut 'être à deux enroulements coo- pérants, le second enroulement 29 étant relié à l'inducteur 10, de façon quivec l'alimentation simultanéedes deux enroulements 27 et 29. un couple soit exercé pour fermer les contacts du relaiso Etant donné qu'aucun courant n'apparaît dans l'enroulement 27 dans la marche normale ou dans des conditions accompagnant des défauts extérieurs, à moins qu'il ne se produise un court- circuit dans l'enroulement inducteur 10, il ne se produit donc aucun couple résultant tendant à actionner le relais 28.
La réalisation représentée Fig.3 est analogue à celle de la Fig.2 sauf que le relais 28 n'est muni que d'un enroulement unique 27 relié de la même façon que l'enroulement 27 du relais 28 de la Fig.2. Bien que dans les réalisations représentées Fig.2 et 3, la résistance peut être d'un type quel- conque, on peut, soit en vue de maintenir la perte d'énergie normale dans la résistance à une valeur très faible, soit pour obtenir une plus grande sensi- bilité, soit pour l'obtention de ces deux résultats, faire appel à une matiè- re de résistance possédant une caractéristique négative d'intensité sans tem- porisation, par exemple celle qui est couverte par le brevet 352,309 de la Société demanderesse*
Dans upe telle insistance,
la perte normale d'énergie peut être relativement faible, car sa caractéristique est de la forme exponentielle et donnée par la formule :
I=KEn dans laquelle I désigne l@intensité, E la tension, K une constante et n un exposant supérieur à l'unité* Ainsi, à la tension d'alimentation ou d'excitai tion normale, un courant relativement faible apparaît dans la résistance 24, et à peu près aucun courant ne traverse l'enroulement de relais 27.
Mais en cas de production d'un court-circuit dans l'enroulement d'induit li, la ten- sion élevée induite dans la fraction de l'enroulement inducteur considérée, par le passage des spires court-circuitées, fait passer un courant relative=
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ment Intense dans le circuit de l'enroulement du relais 27. Pour une tension déterminée, ce courant peut, en raison de la caractéristique de cette réais- tance, être beaucoup plus intense que pour un élément des résistances dont la valeur de résistance ne varie pas de manière sensible avec la tension appli- quée.
Lorsqu'on désire éviter toutes pertes par courant continu dans l'impédance 26, on peut faire appel à une impédance du modèle représenté Fig* 4. Cette impédance 30 peut être constituée par une capacité, par exemple par le condensateur représenté.
Au lieu de faire appel à une impédance constituée uniquement par une capacité, comme représenté Fig.4, on peut aussi faire appel à une impé- dance comportant une inductance 31 et des condensateurs 32, comme représenté Fig.5. Bans cet équipement, le relais 28' est représenté de manière sohémati- que comme étant du type à disque d'induction*
Dans l'équipement représenté Fig.5, l'enroulement 27 du relais 28 est relié en série avec plusieurs enroulements en série 33 qui sont bobinés sur les ptles inducteurs de la maohine, de manière que leur force électromo- trioe résultante soit normalement nulle* @
Avec cet équipement, on voit qu'en cas d'un défaut intérieur,
la force électromotrice alternative induite dans l'un quelconque des enroule- ments 33 est relativement élevée, tandis que, dans les autres enroulements, elle est relativement faible, de aorte que la différence apparaît dans l'en- roulement de relais 27 avec une valeur relativement grande et suffisante pour actionner le relais.
Dans la variante da la Fig.9 9 analogue à celle de la Fig.2, on a prévu une impédance, telle qu'une résistance 26, reliée en dérivation sur l'enrouelement Inducteur 10, et un dispositif de commande actionné par voie électrique, par exemple un relais 28' muni d'un enroulement d'excitation 27, qui est connecté Entre les points intermédiaires de la résistance et de l'en- roulement inducteur.
Ces points intermédiaires sont choisis de façon à être normale- ment équipotentiels et de manière qu'un courant alternatif suffisant pour actionner le relais 28' traverse l'enroulement 27 seulement lorsqu'il se pro- duit un court-circuit intérieur dans l'enroulement d'induit 11 ou l'enroule- ment inducteur 10. L'équipement fonctionne d'une façon analogue à celle de la
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fig.2, mais on a supprimé l'impédalce 29.
Dans l'équipement de la Fig.10, on voit que l'enroulement de relais 27 est monté en série avec une résistance 26' possédant aussi une caractéristique négative, en dérivation sur un nombre de spires déterminé de l'enroulement inducteur*
Dans ce oas, lorsque le courant d'excitation de l'inducteur tend à apparaître dans l'enroulement de relais 27. en raison du défaut de l'effet différentiel, l'intensité de ce courant est relativement faible, car, pour les tensions d'excitation relativement faibles qui sont employées, la valeur de la résistance 26' est très élevée.
Inversement, pour les forces électromotrices alternatives rela- tivement élevées, qui sont induites dans la partie de l'enroulement inducteur en dérivation sur laquelle la résistance 26' et l'enroulement de relais 27 sont reliés en série, on obtient un courant suffisamment intense pour action- ner le celais 28'.
Etant donné que ces forces électromotrices induites relativement élevées paraissant seulement pour des défauts intérieurs, le relais 28' n'a pas tendance à fonctionner pour des défauts extérieurs.
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Il est bien entendu que les dispositions et les applications qui ont été indiquées ci-dessus, à titre d'exemple. ne sont nullement limitatives et qu'on peut s'en écarter sans pour cela sortir du cadre de l'invention.