Installation d'alimentation de voltage pour relais à courant alternatif. La présente invention se rapporte à une installation d'alimentation de voltage pour relais à courant alternatif, en particulier, par exemple, à une installation de ce genre uti lisant des relais sensibles à des défauts, à action instantanée, auxquels sont associés des éléments "directionnels Il à action instantanée qui sont disposés pour fonctionner en dépen dance de la direction du courant de ligne par rapport à un voltage de comparaison qui est imprimé à des bobines de voltage des éléments directionnels.
Le but de l'invention est de veiller à ce que, même en cas de court-circuit dans le voisinage immédiat du relais, le voltage qui est appliqué à l'élément directionnel soit maintenu à une valeur suffisamment élevée pendant la période durant laquelle l'élément détecteur de défaut à action instantanée doit fonctionner correctement.
L'installation suivant L'invention comprend un circuit oscillant syntonisé sur la fréquence du courant d'alimentation, en série avec une résistance extérieure ayant une valeur suffi sante pour permettre audit circuit syntonisé d'osciller, une ligne de voltage pour des re lais et des moyens pour appliquer un voltage à partir du circuit syntonisé à ladite ligne de relais. Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est un schéma de cette instal lation ; La fig. 2 est un schéma semblable auquel on se référera dans l'analyse mathématique du circuit.
L'installation électrique représentée com porte une ligne de transmission triphasée 3 qui est reliée à une ligne omnibus 4 par l'intermédiaire d'un disjoncteur triphasé ayant une bobine de déclenchement 6 qui est alimentée par une batterie 7 par l'inter médiaire de contacts 8 commandés par un élément-relais "directionnel" ou wattmétrique 9 et de contacts 11 commandés par un élé ment à impédance 12, ce dernier ayant une bobine d'actionnement ampèremétrique 13 et une bobine de freinage voltmétrique 14.
L'élé- ment-relais directionnel 9 et l'élément à im pédance 12 sont les deux à action instan tanée, le premier fonctionnant dans pas plus d'une période environ, lorsqu'on a affaire à une installation à 60 périodes, et le dernier dans le délai d'environ deux périodes.
La bobine ampéremétrique 13 de l'élément à impédance et les bornes à courant 16 de l'élément directionnel sont alimentées de toute façon désirée au moyen du courant de ligne, comme il est indiqué schématiquement, par l'intermédiaire d'un transformateur de courant 17. La bobine voltmétrique 14 de l'élément à impédance est aussi alimentée à partir d'une source de voltage convenable qui est indiquée schématiquement par un transformateur de potentiel 18. Il est entendu que le mode d'alimentation des bobines am- péremétrique et voltmétrique de l'élément à impédance peut varier conformément aux usages dans les éléments à impédance de ce genre.
Les bornes de voltage 21 de l'élément directionnel 9 ne sont pas alimentées direc tement à partir du transformateur de poten tiel 18, comme il a été le cas jusqu'à pré sent, mais au moyen d'un réseau syntonisé spécial 22 qui a pour effet de maintenir le voltage en travers des bornes 21 pendant quelques périodes après que le voltage de ligne a été réduit à zéro, comme par suite, par exemple, d'une grave perturbation dans le voisinage.
Le réseau 22 comporte un circuit en ré sonance parallèle comprenant un condensa teur ou capacité 24 qui est shunté par une bobine à inductance 25 reliée à un transfor mateur de courant auxiliaire 26 dont l'en roulement secondaire est relié à des conduc teurs 28 servant de source de voltage pour un ou plusieurs éléments-relais directionnels 9. Le circuit syntonisé 24, 25 est alimenté à partir du transformateur de potentiel 18, ou de tout autre transformateur de potentiel convenable, par l'intermédiaire d'une résis tance externe 30.
Si on le désire, une ré sistance de charge auxiliaire 32 peut être reliée en permanence en travers des bornes <B>de</B> l'enroulement secondaire du transforma teur de courant auxiliaire 26 en vue de limi ter l'accroissement de voltage de la source de potentiel 28 lorsque les bornes voltmétri- ques de l'élément directionnel sont décon nectées de la source de potentiel 28.
La fig. 2 représente un circuit équivalent dans lequel .R1 est la résistance totale du circuit syntonisé, y compris la résistance inévitable de la bobine de réactance et la résistance équivalente des bobines de relais reliées;
Z l'inductance totale du circuit syn- tonisé, celle-ci étant sensiblement l'inductance de la bobine de réactance, C la capacité du condensateur, R la résistance du circuit extérieur au circuit syntonisé, celle-ci étant sensiblement la résistance de l'élément de résistance extérieur, .E le voltage appliqué et il, i2 les courants passant par l'inductance et par le condensateur, respectivement.
Les équations élémentaires se rapportant au réseau décrit sont
EMI0002.0024
En éliminant i2 de ces équations, on ob tient une équation différentielle de linéaire en termes de il.
Donc,
EMI0002.0027
qui, intégrée, donne:
EMI0003.0001
Le premier terme de l'équation (4) im plique le facteur d'amortissement exprimant la fraction du voltage de relais initial qui sera obtenu dans un temps t après la dispa rition du voltage appliqué E. Le second terme, ou la portion entre parenthèses, de l'équation (4) implique la valeur (3 qui repré sente 2 7r j-fois la fréquence d'oscillation na turelle du circuit syntonisé et qui doit être tellement près de la valeur de la fréquence de ligne, ou être tellement sensiblement égale <I>à j</I> c),
que le courant oscillant dans le cir cuit syntonisé ne sorte pas beaucoup de phase avec le courant à fréquence de ligne correspondant pendant le fonctionnement du relais. Il n'est pas nécessaire pour le but auquel l'invention vise, de déterminer les constantes d'intégration A et B.
La syntonisation du circuit oscillant est très peu affectée par la présence des résis tances Ri et R, dont les effets de désynto- nisation s'annulent à peu près l'un l'autre, même si leurs valeurs changeaient de 5% ou davantage.
Ainsi, en se rappelant que dans tous circuit syntonisé,<I>L</I> # <I>C</I> # m2 est égal à 1 et en admettant, comme il le faut, que la résistance Ri est petite en comparai son de la réactance g <I>=</I> cu # <I>L,</I> c'est-à-dire, par exemple, que
EMI0003.0022
ce qui est admissible dans un circuit à 60 périodes, la constante de décroissement ou facteur significatif<I>a</I> dans -at, qui représente la puissance dans le premier terme de l'équa tion (4), devient
EMI0003.0024
Si, en outre, on admet que la résistance extérieure B a le même rapport à X que X à Ri,
ou .R = 30X = 30 oL, la constante de décroissance devient
EMI0003.0028
Quant au facteur de syntonisation (3 des équations (4) et (5), on peut écrire:
EMI0003.0030
On remarquera que les effets de résistance, tels que représentés par les facteurs
EMI0003.0032
s'annulent l'un l'autre, et une substitution de rapports de résistance légèrement différents, tel que 28 ou 32, ou même 10 et 90, mon trera que les effets s'annulent encore toujours, presque complètement, de façon que la syn tonisation n'est pas affectée.
La syntonisation doit être très exacte dans l'application de l'invention à un relais directionnel 9, comme représenté, relais qui impose une limite déterminée par rapport à la valeur de déphasage qui peut être toléré pendant la période de mise en ou hors cir cuit. En supposant, par exemple, que le cir cuit oscillant ne doit pas tomber hors de pas de plus de 0,05 période ou de 18 0, à la fin de 10 périodes, ou de<B>19,80</B> dans 11 pé riodes, P doit rentrer dans les limites j o (1 + 0,005) et, par conséquent, les réac tances doivent être syntonisées tellement exactement que
EMI0003.0038
ou LC o$ <I>= 1</I> 0,01,
ce qui correspond à une syntonisation bien nette (pour un circuit à 60 périodes) dans les limites de 1%, ce qui est entièrement praticable. L'impédance ZC Ri<I>L</I> des circuits parallèles Ri + j c) <I>L</I> et
EMI0004.0005
est
EMI0004.0006
à un dix-huitième de un pour cent près.
Elle sera égale à R, comme on verra, en mettant
EMI0004.0007
c'est-à-dire que la moitié du voltage E est consommée dans la résistance extérieure R.
Il est entendu, naturellement, que les cal culs précédents sont plutôt donnés à titre d'illustration et que l'invention n'est pas li mitée du tout aux valeurs relatives mention . nées. Les rapports
EMI0004.0009
donnent, comme on peut le voir en exami nant le premier terme de l'équation (4), un décrément tel que le voltage de relais tombe à un dixième de sa valeur normale dans 11 périodes après la disparition du voltage de ligne E, oii lorsque
EMI0004.0012
Donc, comme m = 377 dans une installation à 60 périodes,
EMI0004.0014
En mettant fc égal à la fraction du voltage initial apparaissant après un temps donné, tel que 11 périodes, on obtient:
EMI0004.0016
Les valeurs des résistances R et Ri ont une influence directe sur le décrément du voltage. Dans un circuit à 60 périodes, on sait qu'on peut faire le rapport de X à Ri = 30 dans un circuit pratique. Ce rapport peut être choisi à une valeur aussi élevée que 50, avec un circuit très coûteux, mais on ne peut pas aller beaucoup plus haut. Le cir cuit à bobine de relais 21 peut avoir le même rapport, et le transformateur de cou rant 26 aura un effet négligeable.
Avec la fraction @
EMI0004.0019
qui est à additionner à
EMI0004.0020
il ne vaudrait pas la peine de faire R beau coup plus grand que 30 X, ou d'avoir un dénominateur beaucoup plus grand dans
EMI0004.0021
Ainsi, si la résistance extérieure était d'une valeur trois fois plus grande, de façon que trois quarts de l'énergie imprimée soit con sommée dans la résistance extérieure R, au lieu de la moitié, la valeur de la constante de décrément a diminuerait seulement de 33 0/0, ou à
EMI0004.0024
et k = 0,215,
c'est-à-dire que le voltage serait réduit à 21 1/% de sa valeur initiale dans 11 périodes,
ou à 10 0% dans
EMI0004.0034
ou à 1% dans 33 périodes. Ce triple accrois- sement dans la résistance extérieure change rait la syntonisation de (3 de
EMI0004.0045
d'un pour cent seulement, ce qui est bien dans les limites de précision requises de 1/2 pourcent.
Une réduction dans l'un ou l'autre des rapports
EMI0004.0049
aurait un très fort effet d'amortissement, qui rendrait le circuit rapi dement inutile. Ainsi, avec une résistance extérieure d'un tiers de la valeur admise, ou <I>R = 10 X,</I> et avec le même rapport de la réactance à la résistance dans le circuit synto nisé qui changerait la syntonisation à
EMI0005.0001
le réseau laisserait tomber le voltage de re- lais à 10% dans 51/z périodes ou à l "/o dans 11
périodes. Pour le problème particu lier envisagé ci-dessus, il est désirable que les rapports de réactance et de résistance soient tels que le voltage de relais tombe à 10l'/.) de sa valeur normale dans des limites d'ordre de grandeur d'environ un sixième de seconde après la disparition complète du vol tage de ligne, ou dans environ 5 à "15 pé riodes, bien que les principes généraux soient susceptibles de s'appliquer dans d'autres limites.