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La présente invention se rapporte à un procédé pour superposer à un réseau de distribution d'énergie'électrique et dans toute l'étendue de celui-ci, des tensions de signalisation situées dans la gamme des fré- quences acoustiques supérieures à la fréquence du réseau, et pour bloquer en même temps la fréquence du réseau, ainsi que pour produire un amortisse- ment à l'égard des génératrices de son, des harmoniques du réseau situées en dehors de la gamme des fréquences superposées.
Il existe divers procédés pour superposer à un réseau de distri- bution d'énergie électrique, des tensions de signalisation destinées par exemple à la commande d'appareils de tarification, de l'éclairage public, de dispositifs d'alarme, procédés quiµexistent en différentes exécutions et ont été appliqués de diverses manières. Les conditions qui régissent de telles superpositions diffèrent à plusieurs points de vue des conditions habituelles qui prévalent dans les autres branches de la technique des com- munications. Le système porteur des fréquences de signalisation est le réseau de distribution d'énergie électrique conçu pour une fréquence de
50 Hz, avec tous ses éléments établis 1 spécialement dans ce but.
En général le problème qui se pose consiste à injecter les signaux de commande à n'im- porte quel point du réseau à commander où l'énergie à 50 Hz, est également disponible. Il s'agit donc d'une espèce de commande en surface. Pour mar- quer les différences caractéristiques essentielles qui distinguent un tel système de commande des autres procédés de la technique des communications fonctionnant à l'aide de canaux de transmission spécifiquement conçus et spécifiquement établis, on a donné récemment à cette technique de superpo- sition le nom de "commande diffusée par analogie avec la radio-diffusion.
Il est évident que la technique de la superposition destinée à la commande de toute l'étendue de pareils réseaux de distribution doit ré- pondre à certaines exigences bien déterminées au point de vue de la méthode appliquée, du niveau de superposition et de la fréquence de signalisation.
Comme les réseaux de distribution d'énergie électrique sont conçus en vue de la transmission d'énergie à la fréquence de 50 Hz, on est limité quant à la hauteur des fréquences de signalisation utilisables. D'autre part, du fait que les réseaux de distribution d'énergie électrique donnent lieu forcé- ment à des perturbations d'un niveau extrêmement élevé, couvrant un spectre de fréquences très étendu, l'Intensité ou le niveau de la signalisation ne pourra être inférieur à une certaine limite. Les limites mentionnées ci- dessus peuvent varier dans une certaine mesure d'après le procédé de signa--- lisation appliqué et les buts envisagés pour le système de commande.
Quoi- qu'il en soit, ces limites s'avèrent toutefois être tellement étroites dans leur ensemble que, dans les procédés de superposition applicables, les dis- positifs de transmission seront toujours sujets à subir dans une très large mesure les Influences perturbatrices du réseau de distribution d'énergie.
Ces moyens de transmission sont en partie grandement exposés aux effets ré- sultant des hautes tensions et des hautes Intensités du réseau ainsi qu'à toutes les autres caractéristiques qui accompagnent l'exploitation d'un ré- seau d'énergie électrique. Comme d'une part, le fonctionnement du réseau re peut en aucun cas être mis en danger par le système de signalisation qui lui est superposé, que d'autre part la sécurité du système de commande doit être assurée sur des réseaux très étendus et dans n'Importe quelles conditions d'exploitation; et qu'on est surtout assez étroitement limité quant aux frais de premier établissement, les procédés et les moyens à employer pour la com- mande diffusée,diffèrent à plusieurs points de vue essentiels des procédés et moyens usuels dans la technique des communications.
Ceci s'applique tout particulièrement aux méthodes à utiliser pour introduire les tensions de sig- nalisation dans le réseau de distribution d' énergie .
Un des procédés de superposition connus est représenté, à titre d'exemple, par la figure 1. Pour simplifier l'exposé, on s'en est tenu dans cette figure ainsi que dans les figures 2 à 15, à une représentation en mono- phasé. L'extension et l'application à des systèmes triphasés peuvent tou-
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jours se faire sans aucune difficulté en appliquant les moyens bien connus Dans la figure 1, la tension produite par la génératrice de signaux G est appliquée au réseau représenté par l'impédance Z 9 par l'entremise d'un transformateur T'p suivi d'un élément de couplage K'P composé d'une in- ductance L'p connectée en série avec une capacité C'p.
La figure 2 montre un dispositif analogue, dénommé : couplage en parallèle, dans lequel le transformateur T'P se trouve du côté du réseau tandis que l'élément de couplage K "P proprement dite ccmposé d'une Inductan-
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ce Ltlp et d'une capacité Clip connectées en série, se trouve du côté de la génératrice de signalisation.
Dans le cas de la figure 1 tout comme dans celui de la figure 2, l'inductance de fuite des transformateurs Tp est
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comprise dans les inductances Lp.9 de sorte que dans certains cas on peut mê- me se dispenser de faire usage des inductances Lp en tant que bobines de réactance séparéeso Les deux exécutions bien connues conformes aux figures 1 et 2 ont toutefois une caractéristique commune typique du fait que, comme
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le montre le schéma équivalent de la figure 3, l'inductance mutuelle ll' des transformateurs Tp est beaucoup plus grande que leurs inductances de - fuite LSP.
Le rapport de Lmp à Lp est tel que l'élément transversal L,rp peut pratiquement être négligéo Le couplage conforme aux figures 1 et 2 peut donc être ramenée du point de vue fonàtionnei, au schéma équivalent commun représenté par la figure 4.
La figure 5 montre un autre procédé connu pour la superposi- tion de tensions à fréquences acoustiquesà un réseau de distribution d'éner- gie électrique. La tension de la génératrice de signalisation G est appli- quée au réseau de distribution d'énergie représentée par l'impédance globale
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Z, par l'entremise d'un transformateur TIS et d'un élément de couplage K' S composé d'une inductance L'S connectée en parallèle avec une capacité C'so Dans ce cas, et contrairement aux cas'représentés par les figures 1 et 2, 1' impédance du réseau est branchée en parallèle sur l'inductance L'S et la
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capacité C-',e c'est-à-dire9 que la pleine intensité de courant du réseau tra- verse les éléments de couplage, et surtout l'inductance L'S.
Un autre procédé connu pour la superposition de tensions de sig- nalisation sur un réseau de distribution d'énergie électrique (superposition série) est représenté à la figure 6 dans laquelle le transformateur T"S est placé du côté du réseau tandis que l'élément de couplage K"S composé de la
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capacité Cns connectée en parallèle avec les inductances LI' s se trouve du côté de la génératrice des signaux acoustiques. Dans ce cas, la majeure partie du courant du réseau traverse celui des enroulements du transforma- teur T"S qui est connecté au réseau.
Ces procédés connus conformes aux sché- mas de principe des figures 5 et 6, ont également en commun la caractéristi- que suivante bien marquée, telle qu'elle est représentée au schéma équivalent
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de la figure 7, savoir : :- l'inductance mutuelle 1,, du transformateur TS est beaucoup plus grande que ses inductances de fuite LSS. Ici encore, l'élé- ment transversal LMS peut de ce fait être pratiquement négligé. Les procédés conformes aux figures 5 et 6 peuvent donc être représentés au point de vue fonctionnel par le schéma équivalent commun que montre la figure 8.
Il existe toutefois un moyen d'apporter des améliorations con- sidérables à ce procédé, tant au point de vue de son comportement vis-à-vis des signaux de superposition qu'à celui de la tension et de l'intensité du courant du réseau,amélioration qui porte aussi bien sur le côtétechnique
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que sur l'aspect économique.
Ces améliorations consistent à employer un procédé conforme à la présente Invention pour superposer des fréquences de signalisation situées dans la gamme ds fréquences acoustiques supérieures à la fréquence du réseau à un réseau de distribution d'énergie électrique dans toute son étendue$ ainsi que pour amortir du coté de la génératrice de fréquence de signalisation les harmoniques du réseau situées en dehors de la gamme des fréquences superposée ce procédé étant caractérisé par les faits suivants :
la superposition, le blocage et l'amortissement s'ef- fectuent au moyen de circuits oscillants couplés magnétiquement entre eux mais Isolés électriquement l'un de l'autre, dans lesquels l'Inductance mu- tuelle M du couplage magnétique constitue dans chacun des deux circuits une composante essentielle de l'accord de ceux-ci, ledit couplage magnétique servant en même temps à séparer les circuits électriquement et à isoler la génératrice d'Impulsions par rapport à la tension du réseau.
Ce procédé est représenté schématiquement à la figure 9. K1 et K2 représentent deux circuits oscillants qui sont couplés de telle manière au transformateur T, que leur ensemble constitue un organe de couplage uni- que K, conforme à l'invention. Dans la figure 10, on montre que l'inductance mutuelle M du couplage magnétique T, comme branche transversale, ne peut plus être négligée par rapport aux branches longitudinales LS, mais que, bien au contraire,.
elle constitue un élément essentiel dans la constitution des deux circuits oscillants K1 et K2 dont l'ensemble forme le couplage Ko
Un mode d'exécution du procédé conforme à l'invention est par exemple celui dans lequel les deux circuits oscillants se composent simple- ment d'une unité commune M de couplage magnétique et d'un condensateur séparé dans chacun des circuits, tel que cela est indiqué aux figures 12 et 14.
Une propriété essentielle de ces deux circuits oscillants donnés à titre. d'exemple, est que la tension superposée UZ appliquée à l'impédance du ré- seau Z, présente deux maxima m1 et m et un minimum mo aux fréquences f, f2 et fm respectivement comme le montre le diagramme de la figure 11 dans lequel la tension à l'impédance UZ est portée en ordonnée, et sa fréquence fü en abscisse. Lorsqu'on choisit le couplage des deux circuits oscillants de telle manière qu'il dépasse ce qu'on est convenu d'appeler la valeur criti- que,, il se présente la possibilité très importante au point de vue de la superposition des signaux, d'accentuer la tension de superposition dans le réseau aux environs d'une fréquence d'émission moyenne f .
Pour ce faire, 11 y aura grand avantage à accorder les deux circuits oscillants 1.et 2. sur la même fréquence ou sur des fréquences très proches. Le cas particulièrement important dans la pratique est celui dans lequel le couplage est si réduit que les fréquences correspondant aux deux maxima ne diffèrent pas plus de 30% par rapport à la fréquence moyenne fm.
Comme, dans les procédés de sig- nalisation par superposition non réglés au point de vue de la fréquence,, la fréquence de signalisation est sujette en général à des fluctuations corres- pondant à celles de la fréquence du réseau, la tension de superposition est accentuée par le procédé conforme à l'invention lorsque des anomalies de ce genre surviennent dans le réseau, de sorte qu'il y a moyen de compenser les pertes qui en résultent du côté récepteur par suite des caractéristiques de fréquence de ce dernier. Ce point a une très grande importance pour la sécurité de fonctionnement des appareils récepteurs ainsi que pour l'établis- sement de ces derniers dans les conditions économiques les plus avantageuses.
La figure 12 montre en particulier un exemple dans lequel les capacités des circuits oscillants 1 et 2 sont connectées en série avec leurs Inductances de couplage- Ceci présente surtouteun grand avantage au point de vue pratique,, lorsque le circuit oscillant, côté réseau, est connecté de telle manière au réseau auquel les fréquences de signalisation doivent être superposées, que l'Impédance équivalente Zp est mise en série avec la capa-
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cité et l'inductance du circuit oscillant 2 connecté au réseau.
Ladite tension du réseau est alors appliquée aux éléments de ce circuit oscillant montés en série Il y aura avantage à donner à la capacité C2P. du circuit oscillant mentionné en dernier lieu., une valeur telle que la majeure partie de la tension du réseau soit présente aux borres du condensateur. Ce mode d'exécution donné à titre d'exemple du procédé conforme à l'invention, appar- tient au type de superposition dite :parallèle. La figure 13 montre le sché- ma équivalent des circuits de la figure 12, et fait clairement ressortir la différence qui existe entre ce schéma et celui des procédés connus con- formes à la figure 4.
La figure 14 montre un autre exemple d'exécution du procédé conforme à l'invention dans lequel les capacités des circuits oscillants sont mises en parallèle sur les inductances de couplage. Dans ce cas, il èst particulièrement intéressant de brancher le circuit oscillant, côté ré- seau, de telle manière au réseau que l'impédance ZS de ce dernier se trouve en parallèle sur la capacité et l'inductance dudit circuit oscillant. L' intensité totale du courant du réseau circule alors à travers les éléments du circuit oscillant 2. Il y aura avantage dans ce cas, à donner à la ca- pacité de ce circuit oscillant une valeur telle que la majeure partie du courant du réseau circule dans l'inductance, côté réseau, du couplage M.
La figure 15 montre le schéma équivalent du circuit de la figure 14, et fait clairement ressortir la différence qui existe entre ce schéma et celui des procédés connus, représentés par la figure 8. Comme le montrent les figu- res 14 et 15,cet exemple d'exécution, se réclame du type dit : superposition série.
Il va de soi que dans les exemples qui viennent d'être décrits les constantes des éléments du circuit oscillant, coté génératrice, sont calculées de-manière à se trouver dans un rapport bien déterminé par rapport aux éléments correspondants du circuit oscillant coté réseau.
D'une manière générale, ces constantes seront fonction des fré- quences sur lesquelles ces circuits sont accordés et des coefficients d'amor- tissement des deux circuits, ainsi que,et principalement, du coefficient de couplage que l'on aura choisi pour'le couplage magnétique commun.
La figure 16 montre encore un exemple d'exécution de l'invention dans le cas d'un couplage parallèle à un réseau triphasé, exemple qui corres- pond au type monophasé représenté par la figure 12. La figure 17 montre un tel exemple d'exécution pour le cas d'un couplage série à un réseau triphasé correspondant au type monophasé représenté par la figure 14.
Il ressort des calculs, des mesures et des réalisations prati- ques, que le procédé conforme à l'invention comporte de très gros avantages techniques et économiques par rapport'aux procédés connus.
Dans les procédés connus, tels que ceux dont les schémas sont représentés aux figures 1 à 8, la tension de superposition des signaux UZ appliquée au réseau, se comporte en fonction de la fréquence f, comme le montre le diagramme de la figure 18.
La courbe Z0 montre l'allure de la tension lorsque la charge du réseau est pratiquement non inductive. Lorsque la charge du réseau com- porte une certaine puissance réactive, l'impédance du réseau devient princi- palement inductive, et le maximum se déplace alors vers la gauche et vers le haut comme le montrent les courbes Z1 et Z2.
Le diagramme de la figure 19 montre l'allure de la tension de signalisation UU appliquée au réseau au moyen du procédé conforme à l'invention. L'allure de la courbe montre que celle-ci présente des maxima aux fré- quences f1 et f2 et un minimum à la fréquence fm. Le grand avantage résul- tant de l'accentuation de la tension de signalisation de part et d'autre d'une fréquence de signalisation moyenne a déjà été mentionné ci-dessus. Cette pro- prlété du nouveau procédé comporte encore un avantage essentiel supplémental-
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re, comme l'on doit s'en rendre compte en comparant les figures 18 et 19.
Lorsqu'une tension de signalisation déterminée est prescrite aux fré- quences f1 et f2 il faut, dans les prpcédés connus, appliquer une ten- sion de signalisation considérablement plus élevée à la fréquence nominale f c'est-à-dire qu'en pratique le procédé conforme à l'invention permet- tra d'économiser de la tension et quella signalisation pourra se faire avec une puissance moindre, ce qui permet d'autre part de réduire les di- mensions de la génératrice de signaux'et du 'dispositif de couplage. Il ressort en outre des calculs et des réalisations pratiques., que le nouveau procédé peut être appliqué au moyen d'installations qui prennent moins de place et sont de réalisation moins coûteuse.
Ce dernier point est par- ticulièrement Important eu égard aux conditions d'exploitationrdes réseaux de distribution d'énergie électrique.
Le procédé conforme à l'Invention a en outre cet avantage par rapport aux procédés connus représentés par exemple par le schéma de la figure 1;, que dans le cas de la superposition en parallèle telle qu' elle est représentée par les schémas des figures 16 et 12, les capacités à Introduire du coté réseau peuvent 4tre plus petites et absorbent do nc moins de puissance réactive du réseau; ce qui est particulièrement avanta- geux tant au moins de vue de la technique d'exploitation qu'au point de vue économique.
Une considération essentielle dont il y a lieu de tenir compte dans les systèmes de couplage destinés à superposer à un réseau de distri- bution d'énergie électrique des tensions de signalisation à fréquences acoustiques, est la façon dont le réseau lui-même réagira sur la génératrice des signaux. Il faut entre autres que la plus petite quantité possible d' énergie à 50 Hz s'écoule du côté de la génératrice.
Il faut d'autre part que les harmoniques du réseau soient considérablement amorties du côté dé la génératrice pour qu'elles ne puissent donner lieu dans cette dernière à des réactions pouvant conduire à des phénomènes d'auto-excitation. Il ressort des calculs et des mesures -que le procédé conforme à l'invention a cet avantage par rapport aux procédés connusse bloquer de façon quasi totale la tension à 50 Hz et de l'empêcher de parvenir jusqu'à la génératrice, et d'autre part que l'amortissement des harmoniques voisines peut être amélio- ré au point de vue de la réduction de leurs amplitudes.
L'exposé ci-dessus se limite à faire ressortir certains des avantages techniques et économiques du procédé conforme à l'invention, par rapport aux procédés connus.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour superposer à un réseau de distribution d'éner- gie électrique et dans toute l'étendue de celui-ci, des tensions de signali- sation situées dans la gamme des fréquences acoustiques supérieures à la fré- quence du réseau, et pour bloquer en même temps la fréquence du réseau, ain- si que pour amortir du côté de la génératrice de signaux les harmoniques du réseau situées en dehors de la gamme'des fréquences superposées, caracté- risé par le fait que la superposition, le blocage et l'amortissement s'ef- fectuent au moyen de circuits oscillants couplés magnétiquement entre eux mais Isolés électriquement l'un de l'autre.,
dans lesquels l'inductance mu- tuelle du couplage magnétique constitue daischacun des deux circuits une com- posante essentielle de l'accord de celui-ci, ledit couplage magnétique ser- vant en même temps à séparer les circuits électriquement et à Isoler la gé- nératrice d'impulsions par rapport à la tension du réseau.