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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE CIRCUITS A FILS PILOTES DE PROTECTION
ET AUTRES.
L'invention concerne un dispositif de circuit à fils pilotes et, tout en étant applicable à d'autres cas, elle est plus spécialement destinée à ètre utilisée dans un appareil de protection électrique pour protéger un feeder ou autre circuit électrique principal.
Il est souvent utile de protéger un feeder par des fils pilotes du type employé dans les circuits téléphoniques des Postes et Télégraphes. Ces fils ont une résistance parallèle relativement élevée et une capacité élec- trostatique mutuelle forte, la tension maximum permise entre deux fils d'une paire étant de l'ordre d'une centaine de volts. Il est clair, qu'avec de telles caractéristiques, ces fils ne conviennent pas très bien pour les cas habituels d'utilisation des circuits pilotes Merz-Price et d'autres dispositifs de protection.
Le but principal de la présente invention est donc de procurer un dispositif de circuit qui, tout en pouvant remplir les conditions nécessaires à la protection, peut ètre utilisé aussi bien avec les fils pilotes à caractéristiques du type téléphonique qu'avec les fils pilotes du type ordinairement utilisés-pour la protection.
Le dispositif de circuit à fils pilotes suivant l'invention comprend une paire de fils pilotes alimentés, à chaque bout, par une source de tension, deux redresseurs en opposition, un à chaque bout et en série avec le circuit pilote, une résistance dans un circuit shunt aux bornes de chacun de ces redresseurs série, un redresseur shunt à chaque bout, dans un circuit shunt aux bornes des fils pilotes, côté fil pilote du redresseur série asso- cié, et des dispositifs, à chaque bout, répondant au passage du courant dans un des deux redresseurs. La résistance en shunt aux bornes du redresseur série à chaque bout n'est, de préférence, pas inférieure à la résistance des fils pilotes.
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Afin de s-assurer contre le risque de mauvais fonctionnement provenant d'un croisement, par négligence, des fils pilotes, il est parfois indiqué de prévoir à chaque bout un redresseur supplémentaire placé dans un conducteur faisant partie de et commun à deux circuits shunts comprenant respectivement la résistance et le redresseur shunt, la polarité du redresseur supplémentai- re étant opposée à celle du redresseur shunt.
Le disposiii f répondant au courant, placé à chaque bout, peut prendre diverses formes suivant le cas d'application. Dans un arrangement simple, ce dispositif consiste en un relais à courant continu en série avec le redres- seur shunt. Dans un autre arrangement, ce dispositif consiste en un transduc-' teur à commande par tension ayant un enroulement de commande en série avec le redresseur shunt et un enroulement d'exécution convenablement alimenté en courant alternatif, en série avec un relais. Le transducteur peut être du type à redresseur auxiliaire en shunt sur l'enroulement de commande et de po- larité opposée à celle du redresseur shunt.
Quand ce dispositif est utilisé dans un but de protection, la source de tension à chaque bout peut avantageusement consister en un transformateur de courant alimenté suivant les conditions de passage de courant dans le cir- cuit principal protégé.
Dans ce cas, si le dispositif répondant au courant consiste en un trans- ducteur, l'enroulement à courant alternatif de ce dernier peut ètre alimenté par un enroulement secondaire auxiliaire du transformateur de courant dont le secondaire principal alimente le circuit pilote, ou par l'enroulement se- condaire d'un transformateur de courant distinct alimenté suivant les condi- tions de passage de courant dans le circuit protégé. Dans tous les cas on prévoit, de préférence, des moyens pour limiter la tension appliquée au re- lais et à l'enroulement d'exécution du transducteur. Un dispositif limiteur de tension de ce genre peut comprendre une paire de redresseurs connectés en antiparallèle aux bornes du relais et de l'enroulement d'exécution du transducteur, l'ensemble étant alimenté par l'enroulement secondaire, en sé- rie avec une résistance.
Des moyens sont aussi prévus, de préférence, pour limiter la tension appliquée au circuit pilote par le secondaire principal du transformateur de courant. Ces moyens peuvent comprendre une impédance non linéaire aux bornes de l'enroulement secondaire principal, ou âlternativement, un limiteur de tension comprenant une impédance non linéaire et une impédance linéaire en série aux,bornps de l'enroulement secondaire principal et connectées au circuit pilote-dentelle façon que celui-ci reçoive des deux impédances des tensions en opposition.
Une des deux impédances est connectée avantageusement d'un côté à une extrémité de l'enroulement secondaire principal et, de l'au- tre coté, au point de jonction de deux enroulements reliés respectivement à l'autre extrémité de l'enroulement secondaire principal et au circuit pilote,, ces deux enroulements réunis constituant un transformateur ayant un troisième enroulement chargé par l'autre impédance.
Un exemple d'emploi de l'invention pour d'autres buts que la protection peut consister dans la mesure du déphasage de deux tensions de même amplitude, une à chaque bout du circuit pilote, le dispositif répondant au courant étant, à chaque bout, un appareil de-mesure, en série avec un redresseur shunt.
L'invention peut être mise à exécution de différentes manières, et . certaines formes'd'exécution sont représentées, à titre d'exemple, aux des- sins annexés,dans lesquels
La figure 1 représente le circuit à fils pilotes de base conforme à l'invention, sous sa forme la plus simple.
La figure 2 montre l'application de ce circuit simple à un dispositif de protection du type Merz-price pour un feeder triphasé.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement deux variantes pour limiter la tension appliquée au circuit pilote.
La figure 5 donne une autre modification dans laquelle le relais est
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attaqué par un transducteur.
La figure 6 montre un arrangement pour réduire les risques de fonc- tionnement erroné, si les fils pilotes étaient croisés fortuitement.
La figure 7 représente un dispositif de protection préféré, et
La figure 8 représente une application du circuit à fils pilotes conforme à l'invention, pour la mesure du déphasage entre les sources de tension aux deux bouts du circuit pilote.
Le dispositif simple de base représenté à la figure 1 comprend deux fils pilotes Al A2, qui peuvent consister par exemple en une paire télé- phonique, et un circuit local à chaque bout. Un circuit local de ce genre comprend une source de tension alternative B ou b représentée à titre d'exem- ple par un enroulement secondaire de transformateur, un redresseur monopha- sé C ou c shunté par une résistance D ou d et connecté en série entre une borne de la source B ou b et un des fils pilotes Al, et un circuit shunt connecté d'un côté au point de jonction du redresseur série C ou c et du premier fil pilote Al et, de l'autre côté, au point de jonction du second fil pilote A2 et de l'autre borne de la source B ou b, un tel circuit shunt comprenant en série un redresseur monophasé E ou e et un simple relais à courant continu F ou f.
Les deux redresseurs série Cc, un à chaque bout du premier fil pilote Al, sont connectés l'un à l'autre en opposition et, dans le circuit local à chaque bout, le redresseur série C (ou c) et le redresseur shunt E (ou e) sont connectés l'un à l'autre en opposition. Les deux sour- ces de tension Bb sont ainsi connectées au circuit que, lorsqu'elles sont en phase, elles s'assisteraient (s'il n'y avait pas de redresseurs) à faire cir- culer le courant dans le circuit pilote. La valeur de la résistance shunt D ou d à chaque bout n'est pas inférieure à la résistance totale des deux fils pilotes Al et A2.
Le fonctionnement du circuit dans différentes circonstances sera dé- crit maintenant, et pour faciliter l'exposé, une des extrémités sera dénommée "départ" et l'autre extrémité "arrivée".
Dans le cas, considéré en premier lieu, où les deux sources B et b sont en phase, le sens de circulation du courant pendant une demi-période est tel que le redresseur C à l'extrémité "départ" le laisse passer, pendant cette demi-période la résistance shunt D coté départ est court-circuitée par le redresseur série C, tandis que còté arrivée le redresseur série .± s'oppose au passage du courant qui peut donc passer dans la résistance shunt d, Aucun courant ne circule dans le circuit de redresseur shunt EF coté départ pendant cette demi-période, puisque la différence de potentiel à ses bornes est de polarité opposée à celle du redresseur E.
Coté arrivée, au contraire, la différence de potentiel aux bornes du circuit de redresseur shunt e f dépend des valeurs relatives de la résistance shunt d coté arrivée et de la résistance du fil pilote, par où le courant circule. Si ces deux résistances sont égales, les deux extrémités du circuit de redresseur shunt coté arrivée e f sont des points équipotentiels et aucun courant ne circule dans ce circuit.
Du courant ne pourrait passer dans le redresseur shunt e còté arrivée pendant cette demi-période, que si la résistance du fil pilote était supérieure à la résistance shunt d. En rendant cette dernière supérieure à la résistance du fil pilote, il est encore plus difficile que du courant circule dans le redresseur shunt còté arrivée et la stabilité est renforcée.
Pendant cette demipériode, aucun courant ne passe donc dans aucun des relais F et f, et il en est de même dans l'autre demi-période, les conditions étant renversées au départ et à l'arrivée,
Dans cette description, il a été supposé que les tensions des deux sources Bb ont la même amplitude, mais l'augmentation de stabilité précitée obtenue en rendant les résistances shunt Db chacune supérieure à la résistance du fil pilote, fait qu'aucun courant ne passe dans l'un ou l'autre relais F ou f quand les deux tensions sont différentes l'une de l'autre d'une quantité fonction de la différence entre une résistance shunt ou l'autre et la résistance du fil pilote.
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Dans le cas où les deux tensions sont égales mais déphasées entre elles de 180 , les deux redresseurs série Cc s'opposent au passage du courant pendant une demi-période, et le courant peut donc circuler dans les circuits locaux (comprenant chacun la résistance shunt D ou d et le redresseur shunt E ou e) aux deux bouts, aucun courant ne circulant cependant dans les fils pilotes Al A2, puisque les deux tensions sont égales et opposées. Pendant l'autre demi-période, les redresseurs série G et c court-circuitent les résistances shunts D et d aux deux bouts, et les redresseurs shunts E et 8 s'opposent au passage du courant dans les circuits shunts Comme les tensions sont équilibrées, aucun courant ne circule pendant cette demi-période.
Quand les deux tensions sont donc en opposition de phase, du courant circule dans les relais F et f aux deux bouts, durant des demi-périodes alternées. Quand les deux tensions sont inégales et en opposition de phase, les mêmes conditions s'appliquent, mais les intensités des courants dans les deux relais sont différentes.
Si les deux tensions sont déphasées entre elles d'un angle autre que 180 , les intensités des courants dans les deux relais sont fonction¯de l'angle de déphasage.
Dans le cas où une.des deux tensions (b à l'arrivée par exemple) est supprimée, du courant circule pendant une demi-période dans la résistance shunt D côté départ et le redresseur shunt E côté départ, tandis que, pendant l'autre demi-période, du courant circule dans le redresseur série C còté départ et le circuit pilote Al et A2 ainsi que la résistance shunt d còté arrivée, mais aucun courant ne circule dans aucun des redresseurs shunt E ou e. Dans ce cas donc, du courant traverse le relais F côté départ pendant une demi-période sur deux, mais aucun courant ne traverse le relais 1. côté arrivée.
Il ressort clairement que le circuit de base simple décrit ci-avant convient très bien dans un dispositif de protection du type Merz-Price à équilibrage des courants; dans ce cas, la source de tension à chaque bout consiste (voir figure 2) en un enroulement secondaire B ou b d'un transformateur d'addition dont l'enroulement primaire à prise Bl ou bl est alimenté de telle fa- çon par des transformateurs de courant Gl G2¯G3 ou gl g2 g3 placés dans les trois phases H1 H2 H3 du circuit principal à protéger, qu'il donne une sortie secondaire pour tous types de défauts sur le circuit principal, le relais F ou f à chaque bout commandant le déclenchement d'un disjoncteur J ou 1 près du bout de ligne correspondant, de la manière habituelle.
Les trois cas décrits avant pour le circuit simple de base correspondent respectivement à un défaut extérieur de la section de feeder protégée, à un défaut intérieur appelant le courant des deux extrémités et à un défaut intérieur appelant le cou- rant d'un cté seulement, les relais intervenant pour déconnecter le feeder (aux deux bouts ou du côté alimentation seulement) dans les deux derniers cas, mais ne bougeant pas dans le cas d'un défaut extérieur. Les relais F f utili- sés peuvent être des relais à courant continu, puisqu'ils sont alimentés par des impulsions de courant unidirectionnelles.
Il faut noter spécialement que le risque d'opérations erronées, dû à des courants capacitifs entre les fils pilotes A1 et A2, est fortement réduit dans la forme d'exécution de .l'invention, et ceci est important dans le cas d'utilisation, comme circuit pilote, d'une paire téléphonique des Postes et Télégraphes.,
Un autre grand avantage de l'invention, à ce point de vue, est de pouvoir utiliser un dispositif de protection du type Merz-Price à équilibrage es courants avec deux fils pilotes seulement au lieu des trois fils habituels, puisqu'on obtient en effet des paires de points équipotentiels aux deux bouta du circuit pilote, au lieu de la paire unique habituelle de points équipotentiels aux extrémités opposées qui exige le troisième fil pilote pour établir la connexion.
Il faut habituellement, quand on utilise comme fils pilotes une paire téléphonique.,, prévoir des moyens pour limiter la tension appliquée au circuit pilote. Ceci peut se faire, par exemple (voir fig. 3), en prévoyant une
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résistance non-linéaire K aux bornes de l'enroulement secondaire de transfor- mateur B. De préférence cependant, on utilise un circuit limiteur de tension comprenant une impédance non-linéaire et une impédance linéaire placées en sé- rie aux bornes de l'enroulement secondaire B et connectées de telle façon au circuit pilote Al A2 que celui-ci reçoive des deux impédances des tensions en opposition.
Dans un tel arrangement (voir figure 4) une impédance non linéaire L est connectée d'un cté à une extrémité de l'enroulement secondai- re de transformateur B et de l'autre coté au point de jonction de deux enrou- lements M Ml, dont l'un est relié à l'autre extrémité de l'enroulement secon- daire de transformateur B, tandis que l'autre est connecté au redresseur sé- rie C et à la résistance shunt D, ces deux enroulements M Ml réunis consti- tuant un transformateur avec un troisième enroulement M2 chargé par une résis- tance linéaire N.
Quoiqu'un dispositif de protection de ce genre puisse se contenter d'un simple relais à courant continu dans le circuit du redresseur shunt, il est parfois préférable d'utiliser des moyens pour isoler le relais du circuit pi- lote. Ceci peut se faire en utilisant un transducteur à commande par tension, et on peut ainsi en outre, si on le désire, amplifier le courant du relais, de déclenchement.
Dans un exemple d'une telle variante représenté à la figure 5, le transducteur comprend un noyau à trois branches 0 portant un enroulement de commande à courant continu 01 glissé sur la branche centrale et un enroule- ment d'exécution à courant alternatif composé de deux moitiés glissées sur les branches extérieures et reliées en série. L'enroulement de commande à courant continu 0l est mis en série avec le redresseur shunt E, et le relais F est relié, par l'intermédiaire d'un redresseur à double alternance en pont P, en série avec l'enroulement d'exécution à courant alternatif 02 03 dans un circuit alimenté par une source convenable de courant alternatif qui peut consister en un transformateur d'addition alimenté par les transformateurs de courant dans le circuit principal protégé.
Dans l'exemple donné, on utilise le même transformateur d'addition Bl B que celui qui alimente le circuit pilote Al A2,mais avec un enroulement secondaire supplémentaire B2. Il est bon habituellement dans ce cas, de prévoir un limiteur de tension qui empêche que des tensions exagérées ne soient appliquées au transducteur, pendant le passage de courants de court-circuit importants dans le circuit principal, et, dans l'exemple donné, ce limiteur de tension consiste en deux redresseurs Q Q1 connectés en anti-parallèle aux bornes du relais F et de l'enroulement d'exécution 02 03 du transducteur, la tout en série avec une résistance R aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire B2. Il est préférable de connecter, comme représenté, un redresseur auxiliaire O1 aux bornes de l'enroulement de commande 01 du transducteur.
En utilisant, comme fils pilotes Al A2, une paire téléphonique, il peut y avoir certaines chances que les deux fils de la paire soient fortuitement croisés, ce qui provoquerait évidemment un fonctionnement erroné du dispositif. Il est donc préférable de constituer le circuit de manière à minimiser le risque de fonctionnement erroné, si les fils étaient croisés. Ceci peut ètre obtenu@facilement on,ajoutant, à chaque bout, un redresseur supplémen= taire (voir figure 6); la connexion erronée des fils pilotes est indiquée en traits de chaînette, et la connexion exacte en traits interrompus.
Le redresseur supplémentaire S ou s est mis en série dans un conducteur commun au circuit du redresseur shunt et au circuit de la résistance shunt, la polarité de ce redresseur étant opposée à celle du redresseur shunt E ou e. On peut montrer que ce redresseur supplémentaire n'affecte pas le fonctionnement du dispositif si les deux fils pilotes Al A2 sont connectés correctement, alors que si ces fils sont croisés, le courant d'excitation qui passerait erronément dans le relais F ou ! est réduit, puisqu'il doit aussi traverser la résistance shunt D ou de ce qui réduit fortement le risque d'un fonctionnement erroné.
Un dispositif de protection complet préféré, incorporant les modifications décrites avec référence aux figures 4, 5 et 6, est représenté à la figure 7, et son fonctionnement ne demande pas d'autres explications, pour ètre
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clair.
Quoique le circuit pilote de l'invention soit principalement destiné à "tre utilisé dans un dispositif de protection Merz-Price de la manière décrite ci-avant, il peut aussi être utilisé à d'autres effets. Un exemple d'application différente est la mesure du déphasage de deux sources de tension de même amplitude, une à chaque bout d'un long circuit pilote, quand on désire indiquer la mesure simultanément aux deux bouts. Dans un tel cas, le dispositif utilisé suit dans ses grandes lignes celui utilisé pour un cas de protection, avec cette différence que le relais à courant continu F ou ! à chaque bout est remplacé par un appareil de mesure T ou t, comme représenté à la figure 8 pour le cas du circuit de base simple.
On peut montrer que, lorsque le courant passant dans chaque appareil de mesure T ou t est porté en fonction de l'angle de déphasage à mesurer, la courbe obtenue est de forme apériodique et ressemble un peu à une onde sinusoïdale, le courant étant nul pour un déphasage de 1800 et maximum pour un déphasage nul.
Le dispositif suivant l'invention est spécialement avantageux pour une telle mesure, parce que la valeur zéro du courant est indépendante de la capacité du pilote.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes, avec une paire de fils pilotes alimentés par une source de tension à chaque bout, caractérisé en ce que deux redresseurs en opposition sont connectés en série avec le circuit pilote, un à chaque bout, chaque redresseur série ayant à ses bornes un circuit shunt, et un redresseur shunt est aussi prévu à chaque bout dans un circuit shunt aux bornes des fils pilotes coté fil pilote du redresseur série associé, des moyens étant prévus à chaque bout qui répondent au passage de courant dans un des deux redresseurs"
2.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance en shunt sur le redresseur série à chaque bout a une valeur non inférieure à celle de la résistance des fils pilotes.
3. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un redresseur supplémentaire à chaque bout est placé dans un conducteur faisant partie de et commun aux deux circuits shunts comprenant respectivement la résistance et le redresseur shunt, la polarité d'un tel redresseur supplémentaire étant opposée à celle du redresseur shunt.
4.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif répondant au courant à chaque bout comprend un relais à courant continu en série avec le redresseur shunt.
5. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif répondant au courant ä chaque bout consiste en un transducteur à commande par tension ayant un enroulement de commande en série avec le redresseur shunt et un enroulement d'exécution à courant alternatif convenablement alimenté en série avec un relais.
6. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le transducteur est du type comprenant un redresseur auxiliaire en shunt par son enroulement de commande et avec une polarité opposée à celle du redresseur shunt.
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