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.