<Desc/Clms Page number 1>
" Détection des défauts et protection dans les installations électriques ".
Il est connu de détecter dans des parties d'installa- tion électrique des défauts de la nature des court-circuits ' au moyen de courants à haute fréquence qui leur sont'super- posés et qui, sous l'influence du défaut, se modifient plus vite que le courant d'exploitation de la partie intéressée de l'installation, et ainsi provoquent au moyen d'un tube à décharge la réponse d'interrupteurs rapides. Dans les équipe- ments connus on opère ainsi une surveillance extérieure indé- pendante de la partie d'installation envisagée, au moyen d'un
<Desc/Clms Page number 2>
courant de superposition. Ce système entraîne une série d'in- convénients. Il faut pour le courant auxiliaire des sources spéciales d'énergie et une division de l'installation au moyen d'équipements de verrouillage fermés au courant extérieur.
Il existe de plus le danger d'une réponse intempestive de l'équi- pement, car le courant de haute fréquence ne varie pas seule- ment en cas de défaut, mais il est également très fortement influencé par les modifications d'état de l'installation sur- veillée qui résultent de l'exploitation.
L'invention repose sur le fait que le courant propre ou la tension propre de la partie de l'installation surveillée suf- fit pour une détection rapide des phénomènes de défauts, que l'on peut donc économiser les dispositifs de surveillanoe exté- rieure si les valeurs instantanées des grandeurs caractéristiques d'exploitation ou de leurs différentielles du premier ordre ou d'un ordre supérieur sont utilisées pour le contrôle.
L'inven- tion consiste en un équipement pour la détection de phénomènes de défauts dans des parties d'installation électrique et est caractérisée par le fait qu'un équipement répondant pour des valeurs instantanées, surveillées continuellement, du courant ou de la tension, ou d'une différentielle de ces grandeurs ca- ractéristiques d'exploitation, est rendu actif par des organes sans inertie ( tubes à décharge ou analogues), dans un temps moindre que la durée d'une demi onde d'un courant alternatif à basse fréquence usuel, pour la protection de la partie de l'installation intéressée ou pour l'élimination du défaut.
Cet équipement est particulièrement avantageux pour le déclenche- ment d'interrupteurs à résistances qui, dans un temps extrême- ment court, par exemple en une milliseconde ou moins, augmen- tent jusqu'à un multiple la résistance de la canalisation con- trôlée.
La figure 1 du dessin représente un exemple d'exécution
<Desc/Clms Page number 3>
de 1+invention dans lequel, en fonction de la valeur instant.- née du courant dtune canalisation à surveiller, un relais à tubes répond sans retard aussitôt que cette valeur instantanée dépasse une limite imposée. Contrairement au dispositif à sur- intensité connu mentionné au début, on ntutilise aucun courant extérieur de fréquence supérieure superposée, mais le courant de service de la canalisation elle même. A la différence de ce qui se passe dans d'autres équipements connus, on n'attend pas que la valeur moyenne ou efficace du courant ait atteint une valeur trop' considérable, mais le déclenchement est provoqué par la valeur instantanée du courant dès le premier dépassement de la limite d'intensité fixée.
Naturellement cette limite doit se trouver au-dessus de la valeur de crête du courant d'exploi- tation. La surveillance des valeurs instantanées du courant est faite d'une façon continue, tandis que des procédés également connus pour la mesure de ces valeurs instantanées nembrassent qu'un élément de la durée de chaque alternance et sont bloqués entre deux mesures consécutives environ pendant la durée d'une alternance. D'après la figure 1, dans la canalisation à surveil- ler 1, en dehors dtun déclencheur à surintensité ordinaire a est inséré un transformateur de courant chargé sur son côté secondaire par une résistance r suffisamment petite,
et dont la tension de sortie proportionnelle au courant de la ligne 1 est amenée par un redresseur g au circuit de grille du tube à dé- charge e et s'y trouve opposée à une tension négative de pola- risation de la grille. Cette polarisation est obtenue dans l'ex- emple d'exécution en ce que le circuit grille du tube est relié au pâle négatif de la source de tension d'anode, et que la ca- thode du tube est reliée au moyen d'un diviseur de tension r1, r2 à un potentiel intermédiaire positif par rapport à la grille.
Aussi longtemps que les valeurs instantanées du courant sont inférieures à la limite admissible, la grille du tube reste
<Desc/Clms Page number 4>
négative et le tube lui-même reste sans courant. Si la valeur instantanée du courant dépasse la limite fixée, la grille de- vient positive par suite du dépassement de la tension redressée du transformateur; le tube s'allume et son oourant d'anode peut mettre en action un équipement indicateur ou protecteur, par exemple un équipement de protection sélective. Le circuit de oommande du tube e est continuellement prêt à agir, tandis que dans les dispositifs de mesure connus mentionnés plus haut le circuit correspondant est bloqué presque continuellement par une tosion de blooage ne cessant que temporairement, et n'est rendu actif que dans une courte fraction de chaque alternance.
Si l'instant où le dispositif est prêt à agir est manqué, la grandeur à mesurer n'est saisie dans la disposition oonnue que dans l'alternance suivante. Des augmentations anormales de la grandeur de mesure qui ne naissent qu'après l'instant de la me - sure peuvent ainsi n'être décelées qu'avec une alternance de retard. Cet inconvénient est évité dans l'exemple d'exécution suivant la figure 1 grâce à la surveillance constante du courant et la préparation constante à l'action du circuit de commande.
Aussitôt que le déclencheur à surintensité a, de type habituel, répond, le tube e peut être mis hors service. Cela se produit grâce à un relais auxiliaire h qui est, soit commandé par le déclencheur à surintensité a, soit mis en action après l'écou- lement dtun temps minimum déterminé suffisant pour provoquer la réponse du déclencheur a, et ouvre pour une courte durée le circuit d'anode du tube e. La décharge s'éteint alors et le re- lais à tube est de nouveau prêt à agir. Cette manoeuvre occupe l'intervalle de temps devenu nécessaire pour la mise en action du déclencheur a. La résistance r, si la tension de la oanali- sation 1 le permet, peut être connectée à cette dernière, non par l'intermédiaire du transformateur w, mais directement.
Si dans la forme d'exécution décrite de l'invention le
<Desc/Clms Page number 5>
défaut se produit à un instant défavorable, par exemple au voisinage du passage de la courbe de courant par zéro, une partie notable d'une alternance peut s'écouler jusqu'à ce que la valeur nominale du courant atteigne la valeur limite néces- saire pour le déclenchement. Cet inconvénient peut être évité en utilisant commeindice de défaut, non pas la valeur instan- tanée du oourant lui-même, mais la valeur instantanée de la dif- férentielle du courant par rapport au temps. Les différentiel- les sont proportionnelles à la valeur de crête du courant et dépassent comme ce dernier, en cas de défaut, leur valeur maxi- mum d'exploitation.
Cela se produit en règle générale à d'autres instants que pour l'intensité elle-même, et cela décèle déjà la présence d'un défaut à un instant où la valeur instantanée du courant se trouve encore dans les limites des valeurs admis- sibles pour ltexploitation. Par exemple, en cas de court-circuit par arc dans les installations à haute tension, l'éclatement a presque toujours lieu dans le voisinage de la valeur de crête de la tension, o'est-à-dire dans le voisinage du passage du courant par zéro déphasé par rapport à cette valeur dtenviron 90C.
La première différentielle du courant di/dt a ici, aussi bien dans la courbe du courant d'exploitation que dans la courbe du courant de court-circuit, sa valeur maximum qui forme en même temps une mesure de la valeur maximum de courant atteinte ulté- rieurement. On a par suite dans ces différentielles un indice sûr pour Itinoident d'exploitation produit. La valeur di/dt peut être par exemple restituée par la tension de sortie d'un trans- formateur de courant dont l'enroulement d'entrée est parcouru par le courant i, et dont le circuit magnétique est chargé as- sez faiblement pour que la proportionnalité ne soit pas troublée par des phénomènes de saturation. Sur la figure 2 du dessin est représenté de façon simplifiée un exemple d'exécution corres- pondant.
Dans la canalisation 1 se trouve de nouveau un trans-
<Desc/Clms Page number 6>
formateur w qui, à la différence du transformateur de la fi- gure 1, n'a du côté de la sortie aucune résistance de charge.
Sa tension de sortie est amenée par le redresseur g au circuit de grille du tube e qui, du reste, peut être connecté comme dans la figure 1.
Au lieu des valeurs instantanées du courant ou de sa dif- férentielle on peut également utiliser comme indice de défaut la valeur instantanée de la tension ou sa différentielle. Tout court-circuit est lié à un abaissement de la tension. Ce dernier peut être constaté en comparant la valeur instantanée actuelle de la tension avec la valeur de consigne de la tension dans les conditions normales d'exploitation. La variation sans défaut de la grandeur à contrôler doit alors, après la naissance du défaut, former comrae un système de comparaison ou être maintenue artifi- ciellement jusqutà ce que le défaut soit repéré. De façon ana- logue on peut surveiller également la valeur instantanée du cou- rant.
Toutefois au lieu du courant il est plus indiqué de con- trôler les grandeurs telles que, en cas de défaut, leur valeur se modifie par sauts, comme par exemple la tension qui tombe brusquement ou la différentielle du courant ou de la tension.
L'exemple'd'exécution suivant la figure 3 représente un équipement pour la surveillance des valeurs instantanées de la tension. L'état exempt de troubles à utiliser pour la comparai- son est maintenu artificiellement à un circuit oscillant oompor- tant l'inductance L et la capacité C. Le circuit oscillant est couplé en couplage lâche par sa bobine u3 à une bobine de ten- sion u1 reliée à une canalisation surveillée 1; il est accordé sur la fréquence de la tension à surveiller. Le circuit oscil- lant oscille encore après l'abaissement de la tension pendant un temps bref et fournit la tension de comparaison nécessaire.
A la bobine u1 est en même temps couplée en couplage serré une bobine secondaire u2 qui transmet au circuit secondaire les
<Desc/Clms Page number 7>
variations effectives de la tension qui est tombée. la tension de la bobine u2 et la tension du circuit oscillant LC sont ame- nées par les redresseurs g2 et g de signes opposés dans le cir- cuit de grille du tube e, et cela de telle manière que la ten- sion u2 agit par blocage, et la tension u3 par allumage.
Comme le montrent les courbes de la figure 4, è 1°état normal les va- leurs instantanées des tensions de bobines u2 et u3 sont oppo- sées, et par suite s'équilibrent à 1+état normal. A l'instant K la tension u2 baisse par sauts, tandis que la tension u3 com- menoe à diminuer graduellement. Dans le circuit de grille du tube naît alors la différentielle de tension u - u reproduite -3 -2 sur la figure 5, laquelle amène la grille du tube au potentiel nécessaire pour l'allumage de la décharge.
Dans cet exemple d'exécution, également en dehors du relais à tube e il existe un relais auxiliaire électromagnétique d'excitation, ici par exemple un relais à quotient q répondant au rapport du courant à la tension: Ce relais devient actif après le relais à tube et ferme aussi en son temps le circuit de l'équipement de proteo- tion sélective s, après quoi le tube peut être déconnecté au moyen du relais auxiliaire h.
Le saut de tension, lors de la fermeture de la canalisa- tion 1, ne peut ici provoquer aucun déclenchement intempestif, car le circuit oscillant LC n'est pas excité avant l'enclenche- ment, et par suite ne fournit aucune tension au circuit de gril- le du tube e. Ce dernier ne recevant que la tension de l'enrou- lement du transformateur u2 redressée dans le sens du blocage, le circuit oscillant LO doit être couplé et dimensionné de tel- le sorte que dans les conditions normales il fournisse une ten- sion égale à opposer à oelle de l'enroulement u2 et qu'il puisse suivre suffisamment vite les variations lentes dans la canalisa- tion 1, par exemple en cas de changement de charge ou d'opéra- tions de réglage oorrespondant à l'exploitation.
Pour empêcher
<Desc/Clms Page number 8>
que des déclenchements intempestifs soient provoqués par des ondes mobiles, un condensateur C' est couplé en parallèle avec la bobine de transformateur u2. Au lieu du circuit oscillant on peut, pour obtenir une tension de comparaison correspondant à l'état normal, utiliser également un système oscillant éleo- tromécanique ou une source de tension auxiliaire à marche syn- 'ohrone.
Au lieu de la valeur de tension même on peut utiliser pour la détection du défaut la différentielle de la tension par rapport au temps du/dt. A la baisse de la tension correspond une variation par sauts de la tension, soit une valeur passagèrement plus élevée de la différentielle de la tension par rapport au temps. Cette valeur peut de nouveau être formée par la tension de sortie d'un transformateur pratiquement non chargé. Dans l'exemple d'exécution suivant la figure 6, u est un transforma- teur de tension ordinaire relié à la oanalisation 1, à la sortie duquel sont raccordés entre autres un relais de tension b et le transformateur d servant à former la différentielle.
En amont de ce dernier est insérée une résistance ohmique r3,dont la valeur ohmique dépasse fortement l'inductance du transformateur, afin que la tension primaire du transformateur d reste en phase avec la tension à surveiller. La tension secondaire du trans- formateur d est de nouveau amenée par un redresseur g au air- ouit de commande du tube e, dont au surplus le montage oorres- pond à la figure 3. Le relais de tension b ne ferme son contact qu'après la fermeture de la canalisation 1, et ne rend ainsi le dispositif à tube prêt au service que lorsque la variation de tension provoquée par l'enclenchement est passée et ne peut pro- voquer aucune manoeuvre intempestive. Le condensateur C' sert comme dans le montage suivant la figure 3 à empêcher l'influ- ence des ondes mobiles sur l'équipement.
On peut également rendre les équipements décrits insen-
<Desc/Clms Page number 9>
/ sibles dans la bande de fréquenoe des ondes mobiles ou des on- des de coupure au moyen de filtres électriques ou de chaînes de filtres appropriées, ou bien on peut rendre inactives sur le relais de déclenchement les impulsions de tension de courte durée au moyen d'équipements retardateurs sur le relais de ma- noeuvre.
Si la réponse de ces derniers est par exemple retardée seulement d'une fraction de milliseconde, les ondes mobiles sont déjà passées avant que la réponse se fasse; cette dernière arrive encore assez vite pour, en cas de court-circuit ou d'arc à la terre, détecter avec une précision et une rapidité suffi- santes les variations consécutives de la valeur instantanée des grandeurs d'exploitation à surveiller.