Installation de protection de circuits par relais de distance. On sait que, dans les relais de distance, la durée de fonctionnement dépend de la dis- i:ance entre l'endroit du défaut d'un circuit et la position du relais, cette distance se ma nifestant par l'impédance ou la réactance de la ligne entre le défaut et le relais ou par une autre grandeur dépendant de la distance.
Le relais de distance peut donc être un relais de réactance, un relais d'impédance, un relais de résistance ou un relais mixte fonc tionnant, par exemple, sous l'influence d'une grandeur dans laquelle la réactance et la ré sistance interviennent dans des proportions appropriées.
Une installation de protection basée sur la distance comprend habituellement les élé ments suivants: 1o Le relais de distance proprement dit, dont le fonctionnement est influencé par la réactance, l'impédance de la partie de la li gne comprise entre l'emplacement du relais et l'endroit du défaut. 20 Un relais directionnel, qui empêche le fonctionnement de l'ensemble lorsque la puissance n'a pas le sens convenable.
<B>30</B> Un relais de mise en route chargé de provoquer le fonctionnement de la protection lorsqu'un défaut se produit en un point du réseau.
40 Un relais à temps qui règle le temps au bout duquel l'installation de protection fonctionnera suivant l'emplacement du dé faut.
L'installation de protection de circuits par relais de distance faisant l'objet de la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comporte, d'une part, un relais de dis tance disposé pour servir en même temps comme relais directionnel et, d'autre part, un relais à temps disposé pour agir sur l'un des circuits de courant du relais de distance.
Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécu- Lion de l'objet de l'invention. On décrira d'a bord une première forme de réalisation.
La. fig. 1 en représente schématiquement un relais de distance type électrodynamique réalisé sous forme de balance; la fig. 2 donne le schéma du montage de ce relais avec le dispositif de réglage par relais à temps; la fig. 3 donne le schéma de- montage des relais de mise en route.
Dans la fig. 1 du dessin, a est l'équipage mobile d'une balance électrodynamique, de préférence sans fer, portant deux bobines g, h, et un bras de contact i, et pouvant tourner autour d'un axe b.
La bobine g se trouve placée entre deux bobines fixes<I>c et d,</I> et la bobine<I>h</I> entre deux autres bobines fixes e et f. Les quatre bo bines c,<I>d, e, f</I> sont montées en série et par courues. par le courant d'une phase ou un courant proportionnel. La bobine h montée en série avec une réactance, une capacité ou une résistance ou encore une combinaison de ces éléments, est alimentée normalement par une tension composée du circuit.
Dans- la fig. 21 qui indique un schéma de montage, les bobines<I>c et d</I> ont été représen tées par une seule bobine <I>cd,</I> les-bobines e et <I>f</I> par une bobine ef; les bobines de l'équipage mobile sont g et h, cette dernière étant en série avec la bobiné de réactance L.
Les bobines fixes sont en série avec un shunt Sh présentant plusieurs prises l', 2', 3', 4' ...; la bobine g est montée en dérivation entre un point fixe du shunt l' et l'un des au tres points 2', 3', 4' par l'intermédiaire du relais à temps Rt, dont le balai 5 est connecté à l'enroulement g, tandis que les plots 2, 3, .4 sont reliés respectivement aux points 2', 3', 4'... du shunt. Dans la figure, on a supposé que le relais Rt comporte un plot mort 1 et trois plots utiles, mais ce nombre peut être quelconque.
Le contact ijk (fig. 1 et 2) est à deux directions; dans les conditions norma les, le contact mobile i touche le contact fixe j qui est en liaison avec une bobine b' d'un électro de maintien et avec la bobine bt du relais à temps Rt; d'autre part, le contact k est en liaison avec un interrupteur 6 et la bobine Dj du disjoncteur. Les bobines bt, <I>b',</I> Dj peuvent être alimentées par une source auxiliaire SA lorsque l'interrupteur 7 est fermé.
Un dispositif de protection comporte trois relais de distance ayant chacun un contact ijk et un relais<I>b';</I> un seul relais de temps Rt comportant: une bobine bt, trois contacts 6 et trois commutateurs Co, un interrupteur 7 faisant partie d'un système de relais dont on parlera plus loin et un dispositif permettant de monter les trois bobines h des trois relais de distance sur les tensions simples en cas de défaut à la terre.
La fig. 3 représente un ensemble de re lais. destinés à. mettre en route le système formé par le relais de distance et le relais à temps, lorsqu'un défaut se produit dans le ré seau dans la région qui doit être protégée par le dispositif de protection considéré. Le rôle de l'ensemble de relais représenté dans la fig. 3 est de fermer l'interrupteur 7 de la fig. 2. dès qu'un défaut se produit.
Les relais qui constituent cet ensemble peuvent être de types assez variés; pour pré ciser, on a choisi des relais qui forment un en semble simple et de fonctionnement sûr dans tous les cas. Dans la fig. <I>3,</I> RT représente un relais de terre qui ferme ses deux contacts 1 et 2 lorsqu'un contact se produit entre un fil de ligne et la terre; le relais<I>RI</I> est -un relais à, courant inverse, qui ferme son con tact 3 lorsqu'un défaut se produit entre deux fils de ligne.
Les deux relais RT et<I>RI</I> sont suffisants: pourtant, pour le cas très. peu pro bable d'un défaut équilibré, on a prévu aussi un relais à maximum de courant RNI qui ferme son contact 4 lorsque le courant, dans la phase dans lequel se trouve le relais, dé passe une certaine limite, Quand un des con tacts 2, 3 ou 4 est fermé, le courant de la source auxiliaire<B>SA</B> passe dans la bobine d'un. relais auxiliaire<I>RA</I> qui ferme l'inter rupteur marqué 7 dans la fig. 2.
En outre, en cas de défaut à la terre, le relais RT met le courant sur un relais auxiliaire RD dont le rôle est de monter les trois circuits des tensions des trois relais de distance sur les tensions simples.
Le fonctionnement de l'ensemble est le sui vant: Lorsqu'un défaut se produit sur le réseau, l'un des: relais<I>RI,</I> RT ou R3'1 de la fig. 3, suivant la nature du défaut, ou deux ou même tous les trois, ferment leurs contacts, ce qui -met le courant sur le relais<I>RA</I> et celui-ci ferme l'interrupteur 7 de la fig. .2. La fermeture de cet interrupteur fait passer le courant de la source auxiliaire SA (fig. 2) à travers le contact ij, normalement fermé si la puissance a le sens convenable, dans les trois bobines b' des trois relais de distance qui ferment les contacts 8,
ce qui permettra aux contacts ij de s'ouvrir sans danger pour eux, et la bobine bt du relais à temps Rt. Ce relais ferme alors les trois contacts 6 des trois relais de distance, en même temps que les trois balais 5 se mettent en mouvement dans le sens des flèches.
Les bobines du relais de distance sont connectées, de façon que l'action entre les bobines ef et<I>h</I> lorsque la puissance va dans le sens convenable, ferme le contact ij, tandis que l'action entre les bobines<I>cd</I> et g, lors que le courant passe dans cette dernière, tend à fermer le contact ik.
Si donc, le balai 5 du relais Rt s'est mis en mouvement, il touchera presque immédia tement le plot 2, ce qui mettra la bobine g sur la position l', 2' du shunt et fera passer dans cette bobine une fraction -du courant I, ce qui donnera. une action contraire à. celle en tre les bobines ef et<I>h.</I> Si alors le relais .
de distance considéré se trouve sur la phase défec tueuse (en supposant, pour fixer les idées, un contact entre une phase et la- terre) et si le défaut est assez franc et le relais assez voi sin du défaut, la tension U aux bornes de la bobine h sera faible et l'action entre les bo bines<I>cd</I> et g pourra la dépasser suffisamment pour amener la fermeture du contact ik, ce qui fera passer le courant de la source auxi liaire<I>SA</I> dans la bobine Dj du disjoncteur à travers le contact fermé 6, avant que le balai 5 ait abandonné le plot 2.
Le circuit étant ou- vert, les relais RT, <I>RI</I> et RM ouvrent leurs contacts et l'interrupteur 7 de la fig. 2, ce qui coupe le courant des bobines<I>b'</I> et bt; les contacts 8 et 6 s'ouvrent et le balai 5 du re lais Bt revient sur le plot 1; le courant dans la bobine g est coupé et le contact i revient sur j.
Si le défaut se trouve plus éloigné ou s'il est moins franc, de façon que l'action entre les bobines ef et<I>h</I> soit supérieure à celle en tre<I>cd</I> et g lorsque le balai 5 se trouve sur le plot 2, ce balai, continuant à -tourner dans le même sens, arrivera, au bout d'un certain temps, ià toucher le plot 3 et mettra la bobine g sur une position plus grande du shunt 1', 3', ce qui augmentera la fraction du courant passant clans la bobine g et l'action entre celle-ci et les bobines<I>cd;
</I> si cette action est suffisante, on aura la suite des phénomènes qui amènent la coupure du disjoncteur Dj, si non, le balai 5 continuera à tourner et, au bout d'un nouveau temps, arrivera à toucher le plot 4 et ainsi de suite.
Comme on le voit, l'ouverture du disjonc teur Dj aura lieu au bout d'un temps d'autant plus long que le défaut sera plus éloigné du relais, :d'où sélection, le relais le plus voisin du défaut fonctionnant avant les plus éloi gnés.
Le relais de distance peut être un relais de réactance, de résistance ou mixte. Si on le suppose électrodynamique, comme dans le cas étudié précédemment et si la résistance du circuit de la bobine h (fig. 2) est négligeable devant sa réactance, l'action entre cette bo bine et les bobines ef donne un couple G de la forme: <I>(1) G =</I> AUI sin<B>99</B> expression dans laquelle 99 est le déphasage entre<I>U</I> et<I>I;</I> d'autre part, le couple G' de sens contraire provenant de l'action des bo bines<I>cd</I> sur la bobine g est de la forme:
<I>(2) G' =</I> B12 Le relais fonctionnera lorsque le couple G' aura dépassé légèrement le couple G; la limite de fonctionnement correspond donc à l'égalité: <I>(3)</I> BIZ <I>=</I> AUI sin 9p ou:
EMI0004.0005
ou encore:
EMI0004.0006
étant la réactance de la partie défectueuse de la ligne comprise entre le relais et le défaut; la constante k dépend de la partie du shunt qui alimente la bobine g, donc de la position du balai 5 du relais Rt (fig. 2).
Si, dans le circuit de la bobine h on a une résistance r et une réactance s, le couple G sera, de la forme: (I') G<I>=</I> AUI cos (9p <I>- a),</I> l'angle<I>a</I> dépendant de<I>r</I> et de s; comme G' a la mêime expression (2) la limite du fonc- tionnement.du relais. aura lieu pour: <I>(3')</I> AUI cos<I>(</I><B>p</B><I>- a) =</I> BIZ ou pour:
EMI0004.0019
qu'on peut écrire: <I>(4 ')</I> Rcos a+Ssina=k en posant:
EMI0004.0022
On obtient ainsi un relais mixte dont le fonctionnement dépend de la résistance et de la réactance de la partie défectueuse de la ligne.
Dans l'exemple donné ci-dessus, on a supposé que le relais de distance est un re lais électrodynamique balance, mais il peut être un système quelconque fournissant les deux couples de signes contraires G et G'; ainsi, par exemple, on pourrait prendre un appareil électrodynamique à deux cadres mo- biles solidaires qui remplaceront les bobines g et la et une bobine fige qui remplacerait les bobines<I>c, d, e, f ;</I> de même qu'on pourrait prendre un appareil d'induction, etc.
Le relais à temps Rt peut être aussi d'un modèle différent de celui indiqué schémati quement fig. 2. Ainsi, les plots 2, 3, 4... peu vent être de largeurs différentes; leur nom bre peut être augmenté et, à la limite, on aura une variation de temps de fonctionne ment presque continue, suivant une courbe voulue, qui dépendra de la largeur des divers plots. On peut aussi introduire des résistan ces appropriées entre les plots ou remplacer l'ensemble par un rhéostat plus ou moins con tinu et dont la résistance varie avec la posi tion du balai 5 suivant une loi choisie d'a vance.
Le relais à temps, peut avoir aussi des plots qui sont connectés non pas au shunt Sh, mais à d'autres circuits, par exemple, à la bobine d'un relais auxiliaire qui ouvrira le disjoncteur si les contacts avec les divers plots du relais d'impédance n'ont pas fait fonctionner celui-ci.
Dans la forme d'exécution susdécrite, on a supposé que chaque bobine fixe du relais. de distance était parcourue par le courant d'une phase ou un courant proportionnel et que l'une des bobines mobiles était parcourue par un courant dérivé sur un shunt en série avec les bobines fixes.
On peut, toutefois, prévoir un montage pour le relais de distance permettant @d'ob- tenir des résultats plus précis dans certains cas, par exemple dans le cas d'un défaut entre fils de lignes, le feeder protégé étant chargé, ou dans le cas -de défauts à la terre.
Dans le premier cas, il est indiqué de construire chaque relais, de façon que les am- pêretours des bobines fixes et ceux de la bo bine mobile en dérivation sur le shunt soient proportionnels à .la différence géométrique des courants dans deux fils de phase, par exemple (Il-I2).
On peut obtenir ce résultat à l'aide de trois transformateurs de courant dont les se condaires soient montés en 0 et en faisant passer dans le circuit comprenant le shunt et les bobines fixes, la résultante des courants secondaires des transformateurs 2 à 2. La fig. 4 du dessin donne le schéma d'un mon tage suivant ce principe.
t,, t2, t3 sont les secondaires de trois transformateurs de courant;<I>(ci e,),</I> (c2 e2), (es e3), les deux bobines fixes de chaque re lais; (9i <I>h,),</I> (g2 h2) et (g3 h3), les bobines mobiles, sh,, sh, et sh, les shunts.
On voit facilement que le shunt et les bobines fixes de chaque relais sont parcourus par les cou rants: (I,-IZ), (Il-I3), (I3-li).
On peut aussi constituer les bobines fixes de chaque relais par un enroulement double. Dans les deux enroulements de chaque relais, on fait passer les courants de deux fils de ligne dans un sens convenable, de façon que les ampèretours dans les bobines fixes soient proportionnels @à la différence géomé trique des courants dans les deux fils. D'autre part, chaque shunt sera en série avec l'un des enroulement fixes, tandis que l'enroulement mobile ampèremétrique de chaque relais (g,, g2 ou g2) est monté sur les deux shunts parcou rus par les courants qui passent dans les deux enroulements figes.
On voit facilement que, avec ce dispositif, on obtient les mêmes résultats pratiques qu'avec le précédent.
La fig. 5 donne le schéma d'un montage réalisé d'après ces principes: 1, 2, 3 sont les trois fils de ligne t,, t2, t3, les secondaires de trois transformateurs de courant; R,, R2, Rs les trois relais de distance;
(c,, e,) et (c'i, e',), les deux enroulements pratiquement identiques constituant les bobines fixes du relais R,; (c2 e2) et (c'2, e'2); (es e3) et (c'3 e's), les, enroulements correspondants pour les relais Bz et R3;
sh,, sh2, shs les trois shunts parcourus respectivement par les cou rants<I>I,,</I> I2 I3, proportionnels aux courants dans les trois fils; g,, 92, g3 les enroulements ampèremétriques mobiles des trois relais;
on voit que l'enroulement g, est monté entre les deux points homologues a, et a2 des shunts sh, et sh2, de même 92, est connecté entre a2, as et g2 entre a3 et a,;<I>h,,</I> h.=, h2 sont les en- roulements mobiles voltmétriques, alimentés par les tensions composées.
Si l'on veut protéger le feeder contre les courts-circuits entre une phase et la terre, il y a avantage à. avoir dans les bobines fixes des ampèretours proportionnels respective ment à (I, + KIa), <I>(Il</I> + KIo), (I3 +KIo), Io étant le courant de terre, résultante des courants Il,<I>Il</I> et I3, K une constante appro priée dépendant des réactances propres des lignes et de la terre et des réactances mu tuelles entre fils de ligne ou entre fils et terre, et aussi des résistances et capacités.
On doit de même s'arranger pour obtenir dans les bobines mobiles ampèremétriques des ampèretours proportionnels aux mêmes quan tités<I>(I,</I> -I- KIo), <I>(Il</I> + KIo), (I3 -I- KIo).
On pourra obtenir ce résultat, soit à l'aide de transformateurs spéciaux fournissant des courants proportionnels<I>à (I,</I> -I- KIo), <I>(Il</I> +KIo) et (I3 + KIo); dans ce cas, les re lais de distance garderont leurs formes sim ples indiquées;
soit en employant des relais à enroulements doubles dans les bobines fixes les deux enroulements ayant un même nombre de spires ou des nombres de spires différents - tandis que les enroulements ampèremétri- ques des bobines mobiles seront montés sur un ensemble de deux shunts dont l'un est parcouru respectivement par le courant I,, Il ou I3 proportionnel au courant dans le fil de ligne correspondant, tandis que l'autre, même pour les, trois relais, est parcouru par le cou rant Io ou par un courant KIo fourni par un transformateur ou un autotransformateur;
dans ce dernier cas, le quatrième shunt sera pratiquement identique aux trois autres.
La fig. 6 donne le schéma d'un montage réalisé d'après. ces principes; t,, t2, t2 sont les secondaires de trois transformateurs de cou rant montés sur les fils 1, 2, 3 du feeder; AT un autotransformateur dont le primaire est parcouru par le courant de terre;
Ri, R2, R3 les trois relais de distance dont les enroule ments fixes sont respectivement (c, ei) et (cli eli), (c2 e2) et (c', <I>e</I> 'l), (ca e.,) et<I>(cl.</I> e',);
9i, 921 g, sont les enroulements mobiles am- pèremétriques et hl, h2 h3 les enroulements voltmétriques de ces relais;<B>SA,</B> Sh2, <B>Ski</B> Sho quatre shunts supposés identiques; ao, <I>a,,</I> a2, a3 sont les points entre lesquels an con necte les enroulements g,, g2, ga.
On voit facilement que, si K est le rap port de transformation de l'autotransforma- teur <I>AT,</I> les enroulements figes <I>c', e',, c'2</I> e'2, c' g e'3 ainsi que le shunt Sho sont parcourus par le courant gIo et que les courants dans les enroulements g,, g2, g3 sont respective ment (I, -I- KIo),
(1Z -- KIo) et (I,, + KIo).
Dans, le cas étudié ici, les enroulements h,, h2, h3 seront alimentés de préférence par les tensions simples.
Il est évident que le système entier de la fig. 2 est nécessaire au fonctionnement cor rect de l'ensemble de l'installation de pro- teçtion de circuits et que, par conséquent, les dispositifs des fig. 4, 5 et 6 seront toujours complétés par:
<I>a)</I> un système de contacts tels que<I>i j 7e,</I> b) un relais -à temps essentiellement cons titué par les bobines b' et bt, c) un commutateur Co, d) un système de contacts tels que 6 et 8, éléments énumérés qui, pour des raisons de simplicité, ne sont pas représentés dans ces figures.
Ainsi qu'il est dit dans la description, le commutateur Co peut être à variation très progressive et l'ensemble des liaisons entre cet organe et le shunt Sh peut être sinon réalisé, du moins conçu, comme un simple fil, capable de se déplacer sur le shunt Sh.-Ceci est implicitement supposé dans les fig. 4, 5 et. 6.
On comprend sans peine que l'objet des fig. 4, 5 et 6 ne porte pas sur autre chose que sur la manière d'alimenter le shunt Sh du re lais de distance de chaque phase d'un sys tème triphasé: les divers modes d'alimenta tion envisagés sont justifiés dans la descrip tion et correspondent à différents cas parti culiers d'utilisation, par exemple à la protec tion contre les défauts entre phases (mon tages des fig. 4 et 5) ou à la protection con- tre les défauts entre phase et terre (montage de la fig. 6).
Mais, dans tous les, cas, il doit être bien entendu que les. points tels que<I>a,,</I> a2, a3 sont déplacés le long du shunt correspondant par l'intermédiaire d'un relais à temps analogue, par exemple, à celui décrit dans la fig. 2.
Installation of circuit protection by remote relay. We know that, in distance relays, the operating time depends on the distance between the location of the fault in a circuit and the position of the relay, this distance being manifested by the impedance or the reactance. of the line between the fault and the relay or by another quantity depending on the distance.
The distance relay can therefore be a reactance relay, an impedance relay, a resistance relay or a mixed relay operating, for example, under the influence of a quantity in which the reactance and the resistance intervene in appropriate proportions.
A distance-based protection installation usually comprises the following elements: 1o The distance relay itself, whose operation is influenced by the reactance, the impedance of the part of the line between the location of the relay and the location of the fault. 20 A directional relay, which prevents the operation of the assembly when the power does not have the proper direction.
<B> 30 </B> A start-up relay responsible for triggering protection operation when a fault occurs at a point in the network.
40 A time relay which sets the time after which the protection installation will operate depending on the location of the fault.
The distance relay circuit protection installation which is the subject of the present invention is characterized in that it comprises, on the one hand, a distance relay arranged to serve at the same time as a directional relay and, 'on the other hand, a time relay arranged to act on one of the current circuits of the distance relay.
The accompanying schematic drawing shows, by way of example, several embodiments of the object of the invention. A first embodiment will be described on board.
Fig. 1 schematically represents an electrodynamic type distance relay produced in the form of a balance; fig. 2 gives the diagram of the assembly of this relay with the setting device by time relay; fig. 3 gives the assembly diagram of the start-up relays.
In fig. 1 of the drawing, a is the mobile assembly of an electrodynamic balance, preferably without iron, carrying two coils g, h, and a contact arm i, and able to rotate around an axis b.
The coil g is placed between two fixed coils <I> c and d, </I> and the coil <I> h </I> between two other fixed coils e and f. The four coils c, <I> d, e, f </I> are mounted in series and in runs. by the current of a phase or a proportional current. The coil h mounted in series with a reactance, a capacitor or a resistance or even a combination of these elements, is supplied normally by a phase-to-phase voltage of the circuit.
In fig. 21 which indicates an assembly diagram, the coils <I> c and d </I> have been represented by a single coil <I> cd, </I> coils e and <I> f </I> by a coil ef; the coils of the moving assembly are g and h, the latter being in series with the reactance coil L.
The fixed coils are in series with a shunt Sh having several taps l ', 2', 3 ', 4' ...; the coil g is connected in shunt between a fixed point of the shunt l 'and one of the other very points 2', 3 ', 4' via the time relay Rt, whose brush 5 is connected to the winding g, while the pads 2, 3, .4 are respectively connected to points 2 ', 3', 4 '... of the shunt. In the figure, it is assumed that the relay Rt has a dead pad 1 and three useful pads, but this number can be any.
The contact ijk (fig. 1 and 2) is in two directions; under normal conditions, the moving contact i touches the fixed contact j which is connected with a coil b 'of a holding electro and with the coil bt of the time relay Rt; on the other hand, the contact k is connected with a switch 6 and the coil Dj of the circuit breaker. The coils bt, <I> b ', </I> Dj can be supplied by an auxiliary source SA when the switch 7 is closed.
A protection device comprises three distance relays each having a contact ijk and a relay <I> b '; </I> a single time relay Rt comprising: a coil bt, three contacts 6 and three switches Co, a switch 7 forming part of a relay system which will be discussed later and a device enabling the three coils h of the three distance relays to be fitted to phase-to-neutral voltages in the event of an earth fault.
Fig. 3 represents a set of relays. destined for. start the system formed by the remote relay and the relay in time, when a fault occurs in the network in the region which must be protected by the protection device in question. The role of the relay assembly shown in fig. 3 is to close the switch 7 of FIG. 2. as soon as a fault occurs.
The relays which constitute this set can be of quite varied types; to be precise, relays have been chosen which form a simple unit and operate reliably in all cases. In fig. <I> 3, </I> RT represents an earth relay which closes its two contacts 1 and 2 when contact occurs between a line wire and earth; the <I> RI </I> relay is a reverse current relay which closes its contact 3 when a fault occurs between two line wires.
The two relays RT and <I> RI </I> are sufficient: yet, for the very case. unlikely of a balanced fault, an RNI overcurrent relay is also provided which closes its contact 4 when the current, in the phase in which the relay is located, exceeds a certain limit, When one of the contacts 2, 3 or 4 is closed, the current from the auxiliary source <B> SA </B> passes through the coil of one. auxiliary relay <I> RA </I> which closes the switch marked 7 in fig. 2.
In addition, in the event of an earth fault, the relay RT puts current on an auxiliary relay RD whose role is to raise the three circuits of the voltages of the three distance relays to the phase-to-neutral voltages.
The operation of the assembly is as follows: When a fault occurs on the network, one of: <I> RI, </I> RT or R3'1 relays in fig. 3, depending on the nature of the fault, or two or even all three, close their contacts, which puts current on the <I> RA </I> relay and the latter closes the switch 7 of fig. .2. Closing this switch passes the current from the auxiliary source SA (fig. 2) through contact ij, normally closed if the power is in the correct direction, through the three coils b 'of the three distance relays which close the contacts. 8,
which will allow the ij contacts to open without danger for them, and the coil bt of the time relay Rt. This relay then closes the three contacts 6 of the three distance relays, at the same time as the three brushes 5 switch on. movement in the direction of the arrows.
The coils of the distance relay are connected, so that the action between the coils ef and <I> h </I> when the power goes in the correct direction, closes the contact ij, while the action between the coils <I> cd </I> and g, when current passes through the latter, tends to close contact ik.
If therefore, the brush 5 of the relay Rt has started to move, it will almost immediately touch the pin 2, which will put the coil g on position l ', 2' of the shunt and will pass through this coil a fraction - of current I, which will give. an action contrary to. that between the coils ef and <I> h. </I> If then the relay.
distance considered is on the faulty phase (assuming, to clarify ideas, a contact between a phase and the earth) and if the fault is clear enough and the relay close enough to the fault, the voltage U at the terminals coil h will be weak and the action between coils <I> cd </I> and g may exceed it sufficiently to cause contact ik to close, which will cause the current to flow from the auxiliary source <I> SA </I> in the circuit-breaker coil Dj through the closed contact 6, before the brush 5 has left pin 2.
With the circuit open, relays RT, <I> RI </I> and RM open their contacts and switch 7 in fig. 2, which cuts off the current to the <I> b '</I> and bt coils; contacts 8 and 6 open and brush 5 of relays Bt returns to stud 1; the current in coil g is cut and contact i returns to j.
If the fault is further away or if it is less clear, so that the action between coils ef and <I> h </I> is greater than that between <I> cd </I> and g when the brush 5 is on the pin 2, this brush, continuing to turn in the same direction, will, after a certain time, reach the pin 3 and put the coil g in a larger position of the shunt 1 ', 3', which will increase the fraction of the current flowing in the coil g and the action between it and the coils <I> cd;
</I> if this action is sufficient, we will have the continuation of the phenomena which cause the breaking of the circuit breaker Dj, if not, the brush 5 will continue to turn and, after a new time, will reach the contact pad 4 and and so on.
As can be seen, the opening of the circuit breaker Dj will take place after a longer time as the fault is farther from the relay, hence the selection, the relay closest to the fault operating before the further away.
The distance relay can be a reactance, resistance or mixed relay. If it is assumed to be electrodynamic, as in the case studied previously and if the resistance of the coil circuit h (fig. 2) is negligible compared to its reactance, the action between this coil and the coils ef gives a torque G of the form: <I> (1) G = </I> AUI sin <B> 99 </B> expression in which 99 is the phase shift between <I> U </I> and <I> I; </I> on the other hand, the torque G 'in the opposite direction resulting from the action of the coils <I> cd </I> on the coil g is of the form:
<I> (2) G '= </I> B12 The relay will operate when the torque G' has slightly exceeded the torque G; the operating limit therefore corresponds to equality: <I> (3) </I> BIZ <I> = </I> AUI sin 9p or:
EMI0004.0005
or:
EMI0004.0006
being the reactance of the defective part of the line between the relay and the fault; the constant k depends on the part of the shunt which supplies the coil g, and therefore on the position of the brush 5 of the relay Rt (fig. 2).
If, in the circuit of the coil h we have a resistance r and a reactance s, the couple G will be, of the form: (I ') G <I> = </I> AUI cos (9p <I> - a ), </I> the angle <I> a </I> depending on <I> r </I> and s; as G 'has the same expression (2) the limit of the operation of the relay. will take place for: <I> (3 ') </I> AUI cos <I> (</I> <B> p </B> <I> - a) = </I> BIZ or for:
EMI0004.0019
that we can write: <I> (4 ') </I> Rcos a + Ssina = k by setting:
EMI0004.0022
A mixed relay is thus obtained whose operation depends on the resistance and the reactance of the defective part of the line.
In the example given above, it was assumed that the distance relay is an electrodynamic balance relay, but it can be any system providing the two pairs of opposite signs G and G '; thus, for example, one could take an electrodynamic apparatus with two integral movable frames which will replace the coils g and la and a frozen coil which would replace the coils <I> c, d, e, f; </I> in the same way that we could take an induction device, etc.
The Rt time relay can also be of a model different from that shown schematically in fig. 2. Thus, the pads 2, 3, 4 ... can be of different widths; their number can be increased and, at the limit, there will be an almost continuous variation in operating time, following a desired curve, which will depend on the width of the various studs. It is also possible to introduce appropriate resistances between the pads or to replace the assembly with a more or less continuous rheostat, the resistance of which varies with the position of the brush 5 according to a law chosen in advance.
The time relay can also have pads that are connected not to the shunt Sh, but to other circuits, for example, to the coil of an auxiliary relay which will open the circuit breaker if the contacts with the various pads of the relay impedance did not make this one work.
In the embodiment described above, it has been assumed that each fixed coil of the relay. of distance was traveled by the current of a phase or a proportional current and that one of the moving coils was traversed by a derivative current on a shunt in series with the fixed coils.
It is possible, however, to provide an assembly for the distance relay making it possible to obtain more precise results in certain cases, for example in the case of a fault between line wires, the protected feeder being loaded, or in the case of earth faults.
In the first case, it is advisable to build each relay so that the amplitudes of the fixed coils and those of the moving coil in shunt on the shunt are proportional to the geometric difference of the currents in two phase wires, for example (Il-I2).
This result can be obtained with the aid of three current transformers, the coils of which are connected to 0 and by passing through the circuit comprising the shunt and the fixed coils, the resultant of the secondary currents of transformers 2 to 2. Fig. . 4 of the drawing gives the diagram of an assembly according to this principle.
t ,, t2, t3 are the secondaries of three current transformers; <I> (ci e,), </I> (c2 e2), (es e3), the two fixed coils of each relay; (9i <I> h,), </I> (g2 h2) and (g3 h3), the voice coils, sh ,, sh, and sh, the shunts.
It is easy to see that the shunt and the fixed coils of each relay are traversed by currents: (I, -IZ), (Il-I3), (I3-li).
It is also possible to constitute the fixed coils of each relay by a double winding. In the two windings of each relay, the currents of two line wires are passed in a suitable direction, so that the amps in the fixed coils are proportional to the geometric difference of the currents in the two wires. On the other hand, each shunt will be in series with one of the fixed windings, while the mobile amperometric winding of each relay (g ,, g2 or g2) is mounted on the two shunts traversed by the currents which pass through it. the two frozen windings.
It is easy to see that, with this device, the same practical results are obtained as with the previous one.
Fig. 5 gives the diagram of an assembly carried out according to these principles: 1, 2, 3 are the three line wires t ,, t2, t3, the secondaries of three current transformers; R ,, R2, Rs the three distance relays;
(c ,, e,) and (c'i, e ',), the two practically identical windings constituting the fixed coils of the relay R ,; (c2 e2) and (c'2, e'2); (es e3) and (c'3 e's), the corresponding windings for relays Bz and R3;
sh ,, sh2, shs the three shunts traversed respectively by the currents <I> I ,, </I> I2 I3, proportional to the currents in the three wires; g ,, 92, g3 the mobile amperometric windings of the three relays;
we see that the winding g, is mounted between the two homologous points a, and a2 of the shunts sh, and sh2, likewise 92, is connected between a2, as and g2 between a3 and a ,; <I> h ,, </I> h. =, H2 are the mobile voltmetric windings, supplied by phase-to-phase voltages.
If you want to protect the feeder against short circuits between a phase and earth, there is an advantage in. have in the fixed coils of the amperages proportional respectively to (I, + KIa), <I> (Il </I> + KIo), (I3 + KIo), Io being the earth current, resulting from the currents Il, < I> Il </I> and I3, K an appropriate constant depending on the specific reactances of the lines and the earth and on the mutual reactances between line wires or between wires and earth, and also on resistances and capacitances.
In the same way, we must arrange to obtain in the amperometric moving coils of amperages proportional to the same quantities <I> (I, </I> -I- KIo), <I> (Il </I> + KIo), (I3 -I- KIo).
This result can be obtained either with the help of special transformers supplying currents proportional to <I> to (I, </I> -I- KIo), <I> (Il </I> + KIo) and (I3 + KIo); in this case, the distance relays will keep their simple indicated shapes;
either by using relays with double windings in the fixed coils the two windings having the same number of turns or different numbers of turns - while the amperometric windings of the moving coils will be mounted on a set of two shunts, one of which is is traversed respectively by the current I ,, Il or I3 proportional to the current in the corresponding line wire, while the other, even for the three relays, is traversed by the current Io or by a current KIo supplied by a transformer or autotransformer;
in the latter case, the fourth shunt will be practically identical to the other three.
Fig. 6 gives the diagram of an assembly carried out according to. these principles; t ,, t2, t2 are the secondaries of three current transformers mounted on wires 1, 2, 3 of the feeder; AT an autotransformer whose primary is traversed by the earth current;
Ri, R2, R3 the three distance relays whose fixed windings are respectively (c, ei) and (cli eli), (c2 e2) and (c ', <I> e </I>' l), ( ca e.,) and <I> (cl. </I> e ',);
9i, 921 g, are the mobile amperometric windings and hl, h2 h3 the voltmetric windings of these relays; <B> SA, </B> Sh2, <B> Ski </B> Sho four supposedly identical shunts; ao, <I> a ,, </I> a2, a3 are the points between which an connects the windings g ,, g2, ga.
We can easily see that, if K is the transformation ratio of the autotransformer <I> AT, </I> the frozen windings <I> c ', e' ,, c'2 </I> e ' 2, c 'g e'3 as well as the shunt Sho are traversed by the current gIo and that the currents in the windings g ,, g2, g3 are respectively (I, -I- KIo),
(1Z - KIo) and (I ,, + KIo).
In the case studied here, the windings h ,, h2, h3 will preferably be supplied by phase-to-phase voltages.
It is evident that the entire system of FIG. 2 is necessary for the correct operation of the whole of the circuit protection installation and that, consequently, the devices of fig. 4, 5 and 6 will always be completed by:
<I> a) </I> a system of contacts such as <I> ij 7e, </I> b) a time relay essentially constituted by coils b 'and bt, c) a switch Co, d ) a system of contacts such as 6 and 8, elements listed which, for reasons of simplicity, are not shown in these figures.
As it is said in the description, the switch Co can be very progressive variation and the set of the connections between this member and the shunt Sh can be if not carried out, at least conceived, like a simple wire, able to move. on the shunt Sh.-This is implicitly assumed in figs. 4, 5 and. 6.
It is easy to understand that the object of FIGS. 4, 5 and 6 do not relate to anything other than the way of supplying the shunt Sh of the distance relay of each phase of a three-phase system: the various supply modes envisaged are justified in the description and correspond to various special cases of use, for example protection against phase-to-phase faults (assembly of fig. 4 and 5) or protection against phase-to-earth fault (assembly of fig. . 6).
But, in any case, it should be understood that the. Points such as <I> a ,, </I> a2, a3 are moved along the corresponding shunt by means of a time relay analogous, for example, to that described in fig. 2.