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"Relais de distance".
La présente invention a trait aux relais de protec- tion sélective des circuits à courants alternatifs, dont le retard au déclenchement est une fonction croissante de la dis- tance ou longueur de circuit comprise entre le défaut et le relais.
De tels relais utilisent habituellement comme élé- ment de mesure de la distance, soit l'impédance du circuit de défaut
Z = U/I soit la réactance de ce circuit:
X = U/I sin #, soit une impédance complexe
Z = U/I cos ( # - [alpha] ), # étant l'angle de déphasage
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du courant I sur la tension correspondante U et étant un angle choisi d'avance.
La réalisation d'un relais de distance se ramène donc en général à obtenir, d'un élément temporisé, un retard au déclenchement qui soit une fonction croissante du quotient de deux grandeurs électriques ou, plus généralement, une fonction croissante d'un rapport de deux fonctions de deux grandeurs électriques telles que : tension, puissance active, réactive ou complexe.
Tout principe mécanique permettant d'obtenir l'une de ces fonctions permettra, en général, d'obtenir les autres.
Il a déjà été décrit et utilisé un certain nombre de ces principes. La présente invention concerne un principe général différent de ceux actuellement connus.
Selon ce principe, on utilise deux équipages mobi- les. L'un de ces équipages qui, dans les descriptions qui suivent, sera appelé "équipage moteur" est soumis à l'action d'une des grandeurs électriques considérées. Il est au repos au moment où se produit le défaut et se déplace d'un mouve- ment accéléré c'est-à-dire avec une vitesse fonction crois- sante du temps écoulé depuis l'apparition du défaut. La vi- tesse de cet équipage est, d'autre part, et pour un temps donné, d'autant plus grande que la grandeur électrique à la- quelle il est soumis est elle-même plus grande. Un deuxième équipage mobile, qui, par la suite, sera appelé équipage anta- goniste, est soumis à deux efforts dirigés en sens inverse l'un de l'autre.
L'un de ces efforts, qui est un effort de retenue, est une fonction croissante de la deuxième grandeur électrique considérée, tandis que l'autre effort, qui est un effort tendant à déplacer l'équipage antagoniste vers le contact de déclenchement, est un effort dépendant à chaque @ -
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instant de la vitesse de l'équipage moteur et croissant avec elle.
Au moment où se produit un défaut, les deux gran- deurs électriques ont une valeur qui dépend de la distance entre le défaut et le relais. L'équipage moteur se met en rou- te d'un mouvement accéléré. L'équipage antagoniste est soumis, d'une part, à un effort de retenue qui est constant en fonc- tion du temps, mais qui dépend de l'une des grandeurs élec- triques considérées et, d'autre part, à un effort dirigé vers le contact de déclenchement qui est d'autant plus grand que l'autre grandeur électrique est plus grande et que le temps écoulé depuis l'apparition du défaut est plus grand. Il arri- ve donc un moment où l'effort dirigé vers le contact l'empor- te sur l'effort de retenue et où, par conséquent, l'équipage antagoniste ferme le contact de déclenchement.
Le temps qui s'écoule entre l'apparition du défaut et la manoeuvre du contact est donc d'autant plus grand que la grandeur électrique appliquée à l'équipage antagoniste est plus grande et d'autant plus petit que la grandeur électrique appliquée à l'équipage moteur est plus grande.
Les exemples qui suivent montrent quelques formes de réalisation de relais de distance selon l'invention, sans que ces formes soient limitatives, éta.nt seulement destinés à bien faire comprendre le nouveau principe revendiqué.
Dans une première forme de réalisation (fig. 1), l'équipage mobile est constitué par un disque en métal bon conducteur 1 ayant un moment d'inertie élevé. Le cuivre sera donc préféré à l'aluminium pour cette application. Le moment d'inertie du disque pourra être artificiellement augmenté par une jante métallique épaisse fixée à la périphérie du disque,
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dans le cas où l'on désirerait des temps de fonctionnement très longs. Le disque est monté sur un arbre 2 qui peut tour- ner sur deux pivots 3 et 4.
Un électro-aimant 5 fournit au disque le couple moteur, il comprend : circuit magnétique 6, un enroulement d'excitation 7 alimenté par le courant du cir- cuit 8 à protéger, par exemple par l'intermédiaire d'un trans- formateur de courant 9, un enroulement auxiliaire 10, per- mettant d'obtenir un champ tournant dans l'entrefer où se meut le disque, lorsque cet enroulement est fermé sur lui- même; enfin, une armature mobile Il., faisant partie du cir- cuit magnétique, rappelée en arrière par un ressort 12 et fer- mant, lorsqu'elle est attirée, un contact 13 réuni à l'enrou- lement auxiliaire 10.
Lorsque le courant dans l'enroulement d'excitation 7 est inférieur à une valeur déterminée, réglée par la tension du ressort 12, le contact 13 est ouvert et le disque 1 n'est soumis à aucun couple, il est donc immobile; lorsque, au contraire, le courant en 7 dépasse la valeur de réglage, l'armature mobile 11 est attirée et le contact 13 se ferme, court-circuitant ainsi l'enroulement auxiliaire 10, ce qui produit sur le disque 1 un couple de champ tournant : le disque 1 se met donc à tourner d'un mouvement accéléré.
Deux petits aimants 14 et 15 sont fixés aux deux extrémités d'un bras 16 monté sur un arbre 17. Une palette de fer 18 est fixée également sur l'arbre 17 ainsi qu'un bras de contact 19, lequel peut commander un contact 20. L'arbre 17 peut tourner autour de deux pivots 21 et 22. Deux butées 23 et 24 limitent le mouvement de cet équipage à une faible amplitude.
Lorsque le disque tourne, dans le sens de la flèche 25, il tend à entraîner les deux aimants dans le sens de sa
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rotation. Une armature fixe 26, excitée par la tension, par exemple par l'intermédiaire d'un transformateur de tension 27, exerce sur la palette 18 un effort qui tend à s'opposer à celui développé par les aimants. Lorsque le disque 1 augmente de vitesse, l'effort développé dans les aimants 14 et 15 augmente proportionnellement à cette vitesse, jusqu'au moment où il l'emporte sur l'effort développé par l'armature 26 sur la palette 18. A ce moment, l'équipage bascule et le contact 20 se ferme, provoquant le déclenchement du disjoncteur 28.
Dans cette forme de réalisation, si l'on cherche à obtenir un retard au déclenchement proportionnel au rapport U, l'effort développé par l'armature voltmétrique 26 devra être proportionnel à la tension, ce qui sera obtenu en saturant très fortement la palette 18, par exemple en utilisant un acier à perméabilité élevée aux basses inductions, et l'effort déve- loppé par l'électro-aimant ampèremétrique 5 sur le disque 1 devra être proportionnel au courant, ce qui pourra être éga- lement obtenu en saturant son circuit magnétique.
Dans une deuxième forme de réalisation (fig. 2) l'électro-aimant ampèremétrique est le même qùe précédemment mais, au lieu que l'entraînement de l'équipage voltmétrique s'effectue par l'intermédiaire d'aimants, il s'effectue au moyen de la force centrifuge. A cet effet, sur l'arbre du disque est fixé un bras 29 à l'extrémité duquel est articulée, sur un axe 30,une pièce en forme d'équerre 31 supportant sur sa branche verticale un poids 32 et sur sa branche horizontale une cloche de cuivre 33 percée en son centre d'un trou destiné à laisser passer l'arbre du disque.
La cloche 33 est disposée dans l'entrefer d'un électro-aimant 34 comportant un noyau magnétique 35 évidé en son centre pour laisser passer l'arbre
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du disque, une culasse magnétique 36 et une bobine 37 excitée par la tension de ligne. La cloche 33 tend à être repoussée verticalement de bas en haut par l'électro-aimant 34 et le poids 32 tend, lorsque le disque tourne, à s'écarter de l'axe de ce disque sous l'action de la force centrifuge. La pièce 31 est donc souniise à deux couples de sens inverses : couple produit par la répulsion de la cloche, sous l'action de l'é- lectro-aimant voltmétrique, qui est constant pour une tension donnée, et le couple, dû à l'action de la force centrifuge sur le poids 32, qui est proportionnel au carré de la vitesse du disque.
Il arrive donc un moment, lorsque le disque tourne d'un mouvement accéléré, où le couple dûà la force centrifuge l'emporte et où la pièce 31 tourne autour de son axe 30. Ce mouvement est transmis à un contact fixe 38 par l'intermédiaire d'une tige cylindrique 39 coulissant à l'intérieur de l'arbre 2 et reposant à sa partie inférieure sur une plaquette 40 so- lidaire de la pièce 31 et traversant librement l'arbre 2.
Le contact 38 est utilisé pour actionner le disjoncteur 28 contrôlant le circuit 8 sur lequel est branché le relais.
Il reste entendu que les deux formes de réalisation précédentes ne sont décrites qu'à titre d'exemples et qu'on peut s'en écarter notablement sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.
RESUME.
Relais de distance pour la protection des circuits à courants alternatifs, caractérisé par un équipage moteur partant du repos, au moment d'un défaut, et se déplaçant avec une vitesse croissant, d'une part, avec l'une des grandeurs électriques du circuit protégé, d'autre part avec le temps