Relais pour courant alternatif.
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La <SEP> présente <SEP> invention <SEP> se <SEP> rapporte <SEP> à <SEP> un
<tb> relais <SEP> pour <SEP> courant <SEP> alternatif <SEP> utilisable <SEP> en
<tb> particulier <SEP> dans <SEP> des <SEP> dispositifs <SEP> de <SEP> protection
<tb> pour <SEP> lignes <SEP> de <SEP> transmission.
<tb> Le <SEP> but <SEP> principal <SEP> de <SEP> l'invention <SEP> est <SEP> de <SEP> réali ser <SEP> un <SEP> relais <SEP> permettant <SEP> de <SEP> produire <SEP> un <SEP> effet
<tb> de <SEP> mesure <SEP> de <SEP> distance <SEP> ou, <SEP> en <SEP> général, <SEP> de <SEP> com parer <SEP> de <SEP> manière <SEP> différentielle <SEP> deux <SEP> gran deurs <SEP> électriques <SEP> quelconques, <SEP> l'une <SEP> s'oppo sant <SEP> à <SEP> l'autre,
<SEP> relais <SEP> qui <SEP> peut <SEP> être <SEP> un <SEP> relais
<tb> wattmétrique <SEP> ou <SEP> directionnel <SEP> et <SEP> en <SEP> parti culier <SEP> relais <SEP> du <SEP> genre <SEP> à <SEP> boucle <SEP> qui <SEP> effectue
<tb> une <SEP> multiplication <SEP> de <SEP> deux <SEP> grandeurs <SEP> élec triques.
<tb> Les <SEP> termes <SEP> relais <SEP> de <SEP> distance , <SEP> relais <SEP> à,
<tb> réactance <SEP> et <SEP> relais <SEP> directionnel <SEP> employés
<tb> dans <SEP> la <SEP> suite <SEP> ont <SEP> la <SEP> signification <SEP> suivante:
<SEP> Un
<tb> relais <SEP> de <SEP> distance <SEP> est <SEP> un <SEP> relais <SEP> dont <SEP> le <SEP> fonc tionnement <SEP> dépend <SEP> de <SEP> la <SEP> distance <SEP> entre <SEP> le
<tb> relais <SEP> et <SEP> l'endroit <SEP> où <SEP> s'est <SEP> produite <SEP> une <SEP> per turbation. <SEP> Un <SEP> relais <SEP> à <SEP> réactance <SEP> est <SEP> un <SEP> relais
<tb> de <SEP> distance <SEP> dont <SEP> le <SEP> fonctionnement <SEP> dépend <SEP> de
<tb> la <SEP> réactance <SEP> du <SEP> circuit <SEP> entre <SEP> le <SEP> relais <SEP> et <SEP> l'en droit <SEP> où <SEP> s'est <SEP> produite <SEP> une <SEP> perturbation. <SEP> Un
<tb> relais <SEP> directionnel <SEP> est <SEP> un <SEP> relais <SEP> donnant <SEP> une
<tb> indication <SEP> de <SEP> direction.
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Jusqu'à <SEP> présent, <SEP> les <SEP> relais <SEP> de <SEP> distance
<tb> étaient <SEP> construits <SEP> de <SEP> façon <SEP> que <SEP> les <SEP> forces
<tb> opposées <SEP> l'une <SEP> à <SEP> l'autre <SEP> soient <SEP> appliquées <SEP> à
<tb> une <SEP> armature <SEP> qui <SEP> a <SEP> la <SEP> forme <SEP> d'un <SEP> fléau <SEP> de
<tb> balance. <SEP> Ces <SEP> relais <SEP> présentent <SEP> certains <SEP> incon-
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vénients. <SEP> D'abord, <SEP> ils <SEP> sont <SEP> sujets <SEP> à <SEP> des <SEP> déran gements <SEP> de <SEP> réglage <SEP> en <SEP> raison <SEP> des <SEP> petits <SEP> chan gements <SEP> de <SEP> la <SEP> position <SEP> d'équilibre <SEP> de <SEP> l'arma ture.
<SEP> Au <SEP> point <SEP> d'équilibre, <SEP> de <SEP> grandes <SEP> forces
<tb> sont <SEP> équilibrées <SEP> mécaniquement <SEP> l'une <SEP> contre
<tb> l'autre <SEP> par <SEP> l'intermédiaire <SEP> d'un <SEP> palier. <SEP> L'ar mature <SEP> ne <SEP> se <SEP> prête <SEP> pas <SEP> favorablement <SEP> à
<tb> l'exécution <SEP> d'autres <SEP> fonctions <SEP> telles <SEP> que <SEP> pour
<tb> le <SEP> fonctionnement <SEP> directionnel, <SEP> le <SEP> fonctionne ment <SEP> à <SEP> réactance <SEP> et <SEP> autres.
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Le <SEP> relais <SEP> selon <SEP> l'invention <SEP> est <SEP> caractérisé
<tb> par <SEP> un <SEP> cadre <SEP> présentant <SEP> deux <SEP> circuits <SEP> ma gnétiques, <SEP> un <SEP> organe <SEP> mobile <SEP> comprenant <SEP> au
<tb> moins <SEP> un <SEP> circuit <SEP> fermé <SEP> dans <SEP> lequel <SEP> un <SEP> cou rant <SEP> est <SEP> induit <SEP> par <SEP> l'un <SEP> des <SEP> flux <SEP> des <SEP> circuits
<tb> magnétiques <SEP> susdits,
<SEP> ce <SEP> circuit <SEP> de <SEP> l'organe
<tb> mobile <SEP> étant <SEP> disposé <SEP> de <SEP> manière <SEP> que <SEP> l'ac tion <SEP> électrodynamique <SEP> entre <SEP> le <SEP> courant <SEP> du
<tb> circuit <SEP> de <SEP> l'organe <SEP> mobile <SEP> et <SEP> l'autre <SEP> flux <SEP> ma gnétique <SEP> produise <SEP> un <SEP> mouvement <SEP> de <SEP> rotation
<tb> de <SEP> l'organe <SEP> mobile, <SEP> et <SEP> plusieurs <SEP> enroulements
<tb> d'excitation <SEP> sur <SEP> le <SEP> cadre <SEP> du <SEP> relais,
<SEP> ces <SEP> enrou lements <SEP> étant <SEP> disposés <SEP> et <SEP> alimentés <SEP> en <SEP> cou rant <SEP> de <SEP> manière <SEP> que <SEP> l'un <SEP> au <SEP> moins <SEP> des
<tb> deux <SEP> flux <SEP> magnétiques <SEP> soit <SEP> une <SEP> fonction <SEP> de
<tb> la <SEP> somme <SEP> vectorielle <SEP> de <SEP> deux <SEP> courants <SEP> alter natifs <SEP> relativement <SEP> variables, <SEP> aussi <SEP> bien <SEP> quant
<tb> à <SEP> la <SEP> phase <SEP> qu'à <SEP> la <SEP> grandeur.
<tb> Le <SEP> dessin <SEP> annexé <SEP> représente, <SEP> à <SEP> titre
<tb> d'exemple <SEP> et <SEP> schématiquement, <SEP> deux <SEP> formes
<tb> d'exécution <SEP> de <SEP> l'objet <SEP> de <SEP> l'invention. La fig. 1 est une vue en plan d'un relais de distance du genre à boucle, cette boucle étant montrée en coupe.
La fig. 2 est un diagramme vectoriel au quel on se référera dans ce qui suit, et la fig. 3 est une vue schématique d'un autre relais de distance.
Le relais suivant la fig. 1 peut être (lu genre mono- ou polyphasé. 4 est un anneau fermé en matière magnétique lamellée, présen tant une pièce polaire 5 qui s'étend, de la partie arrière 6 du cadre de relais 4, vers la partie 7 de celui-ci, un entrefer 8 étant prévu entre cette pièce polaire 5 et la partie avant 7 du cadre de relais. La partie avant 7 du cadre de relais passe à travers l'ouverture d'une boucle 10 pivotée, à sa partie supé rieure, sur un axe 11, et susceptible d'osciller et de se déplacer vers la droite et la gauche sur une courte distance le long de la partie avant 7, sans toucher cette partie; la partie 12 de la boucle se trouve donc dans l'entre- fer 8.
Ce relais présente deux circuits magné tiques; l'un se fermera par la jambe cen trale ou pièce polaire 5 et à travers l'entre- fer 8, par les jambes latérales 13 et 14 du cadre de relais 4. L'autre circuit magnétique se ferme autour de l'anneau extérieur ou joug du cadre magnétique 4.
Le flux alternatif dans la partie avant 7 induit dans la boucle 10 un courant qui passe par la partie 12 de la boucle et traverse par conséquent l'entrefer 8 dans une direction perpendiculaire au plan du dessin. L'action réciproque entre ce courant et le flux de l'entrefer provoque une force électrodynami que ayant tendance à faire sortir la partie 12 de l'entrefer, soit vers la droite ou la gau che, ce qui dépend de la position relative des phases des deux flux magnétiques. La boucle 10 pivotant sur l'axe 11, cette force provoque un mouvement de rotation de la boucle 10 autour de l'axe 11.
Dans le cas général, tel que représenté à la fig. 1, l'excitation due au courant et au voltage est utilisée pour les deux circuits magnétiques. Ainsi, la jambe centrale ou pièce polaire 5 est pourvue d'un enroulement de voltage 15 et d'un enroulement de courant 16, servant les deux à l'excitation d'un des circuits magnétiques. Similairement, les deux jambes latérales 13 et 14 sont chacune pour vues d'in enroulement de voltage 17 et d'un enroulement de courant 18 en vue de l'exci tation de l'autre circuit magnétique du relais.
Les trois. enroulements 15 et 17, 17' sont re liés en série l'un par rapport à l'autre et sont excités par un courant d'excitation fonction du voltage inE. Les trois enroule-, ments de courant 16, 18, 18' sont également reliés en série et excités par un courant d'excitation dépendant du courant n,I. Les polarités des enroulements sont telles que les jambes extérielires ou le circuit magnétique 4, soient excités suivant une fonction de<I>(E</I> -f-I <I>),</I> tandis que la jambe centrale ou pièce polaire 5 est excitée suivant une fonction de la gran deur (E-1).
Le flux du circuit 4 qui dépend de (E + I) à la fig. 1 induit un courant dans. la boucle 10 et ce courant, en traversant la partie 1\_', réagit avec le flux d'entrefer qui dépend de (E-I) de façon à produire un moment de rotation qui, par un choix approprié des constantes, peut être rendu égal au produit <I>(E</I> + <I>I)</I> (E-I). Ce moment de rotation actionne le relais lorsqu'il agit dans la bonne direction, de façon à le faire déplacer son bras de contact mobile 19 qui s'engage alors avec les contacts de relais 20 et à fermer le circuit destiné à être commandé par le relais.
Les ampères-tours d'excitation des divers enroulements de relais 15, 16, 17 et 18 (fig. 1) n'ont pas besoin d'être tous les mêmes. En général, l'équation pour le moment de rotation est la suivante <I>T =</I> (KIE -I- K#.I) (K@E <I>-</I> K4I) <I>(1)</I> où Kl, K@, K? et K4 sont des constantes de construction.
Si O est l'angle entre E et I, cette équation peut être multipliée de façon à obtenir <I>T</I> = K,K.#E' -f- K,K,EI cos 0 <I>-</I> K1K.@EI cos<I>0 -</I> KzK.@I2 <I>(2)</I> Si on fait en sorte que K, =K., et K@ = K, le terme de cosinus est, éliminé et on obtient un moment de rotation qui est une fonction de K,='E@ <I>-</I> K,-I=. Au point d'équilibre ou de repos du relais,
ce moment de rotation est zéro et on obtient
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qui est une fonction de l'impédance de ligne mesurée ou apparente 7 = E/I.
Si on avait omis complètement l'enroule ment de voltage 15 sur la jambe centrale 5 du relais à la fig. 1, de manière à avoir K,, = 0, et si l'on avait introduit un décaleur de phase de 90 de sorte que l'angle de phase entre<I>E et I</I> soit (O<B>+</B> 90) au lieu de O, on aurait obtenu un point d'équilibre du relais à
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qui est une fonction de la réaetanee de ligne mesurée ou apparente x.
Tout genre de combinaison de caractéris tiques entre l'impédance, la. réactance ou la résistance peut, être obtenu, comme il ressort. de l'équation (2), par un choix approprié des constantes K, de sorte que les termes de cosi nus ne soient pas complètement éliminés. Ou, en prévoyant seulement une fonction de vol tage sur un circuit magnétique et seulement une fonction de courant sur l'autre, par exem ple, en faisant<U>K.,</U> - Ki = 0, on obtient une fonction KIK,EI cos U, ou en introduisant un angle de phase quelconque S au moyen d'un décaleur de phase, on peut obtenir une fonction K,K,EI cos (O -f- S).
En général, toute valeur peut être assi gnée aux constantes Kl, K,, K3 et K., et toute relation de décalage d'angle peut être mainte nue entre E et I. Autrement dit, un relais fonctionnant en dépendance du produit est réalisé qui est essentiellement un relais direc tionnel ou wattinétrique et en choisissant pro prement les constantes, on peut obtenir une fonction de la différence entre deux valeurs électriques, soit indépendamment des angles de phase entre ces valeurs, ou avec n'importe quelle variation entre une fonction non direc tionnelle et une fonction complètement direc tionnelle ou wattmétrique.
La fig. 2 montre un diagramme de vec teurs qui illustre l'action qui a lieu dans un relais directionnel dans lequel les constantes sont choisies de façon que le relais fonc tionne comme relais à impédance. Le vecteur de courant 1 est rendu égal au vecteur de voltage E et est décalé en arrière d'un angle O quelconque. Cette condition existerait lors qu'un défaut, tel qu'un court-circuit, se ma nifeste dans la ligne de transmission à une certaine distance de l'endroit où le relais est installé.
Le courant de l'enroulement de pola risation est fonction, par exemple, de<I>(E</I> + <I>I )</I> et le courant de l'enroulement de champ, de <I>(E - I).</I> Ces grandeurs sont représentées en fig. 2. Un examen de cette fig. ? montre que l'angle B entre la grandeur (E + I) et la grandeur (E -1) est donné par
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Autrement dit, aussi longtemps que les vec teurs E et I sont de même grandeur, l'angle de phase entre<I>(E</I> -}- <I>I)</I> et (E-I) est toujours 90 , en dépit de L'angle de phase O entre E et I.
Si le relais est construit de façon à. fonc tionner en dépendance du produit de ces deux forces de magnétisation multiplié par le cosi nus de l'angle B entre elles, le relais aura un moment de torsion qui sera zéro lorsque les vecteurs E et I auront la même grandeur, en raison du fait que le cosinus de 90" est zéro. La fia. \? représente ainsi l'état d'équilibre du relais, sans égard à la valeur de l'angle O entre E et I.
Pour une perturbation, par exemple un court-circuit dans une ligne de transmission protégée par le relais, à un endroit qui est plus près du relais que dans le cas.correspon- dant à la fi-. 2, le vecteur E sera plus court et on peut voir que cela aura pour effet que l'angle B deviendra plus grand que 90 , de sorte qu'un moment de torsion sera produit pour fermer les contacts du relais. Un défaut qui est au-delà du point d'équilibre illustré à la fig: 2 aura pour effet que l'angle B sera plus petit que 90 , de façon qu'un moment de torsion en sens de l'ouverture des contacts de relais sera produit.
Le principe de fonctionnement est tout à fait général et il peut être appliqué à tout relais directionnel ou wattmétrique dans le quel le moment de rotation est fonction du produit de deux grandeurs électriques, soit un courant ou un voltage ou deux courants ou toute autre combinaison de deux différentes grandeurs électriques d'une fréquence donnée. En particulier, on est à même d'appliquer ce principe à un relais de produit du genre à boucle et à action rapide, afin d'obtenir un relais fonctionnant en dépendance de la dis tance et qui peut exécuter les fonctions qui peuvent être demandées de tout relais à dis tance ou relais à distance modifiée ou à réac tance, etc., en changeant simplement les cons tantes d'enroulement.
A la fig. 3, on a montré un relais d'une autre construction. Par exemple, au lieu d'uti liser un enroulement de courant et un enrou lement de voltage sur chaque circuit magné tique du relais et d'appliquer aux deux enrou lements des excitations dépendant du courant et du voltage séparées, on peut prévoir un transformateur à trois enroulements 29 pour combiner les réactions de voltage et de cou rant, de façon à obtenir un courant secondaire Is qui est proportionnel à la somme<I>(E</I> + <I>I)</I> et un autre transformateur à trois enroule ments 30 pour produire -un courant secon daire ID qui est proportionnel à la différence <I>(E - I)
.</I> Chacun de ces deux transforma teurs 29 et 30 peut avoir un enroulement pri maire 31 dépendant du voltage, -un enroule ment primaire 32 dépendant du courant et un enroulement secondaire 33, les enroule ments de tension étant excités par l'intermé diaire d'une impédance 34 qüi est grande en comparaison de l'impédance de magnétisation de cet enroulement, de façon à ne pas inter férer avec les çhangements de flux dans le fer de transformateur en raison de l'enroulement à courant 32.
La fig. 3 représente un relais comportant deux boucles A et B disposées à angle droit l'une par rapport à l'autre, et ayant des par ties 41, 42, 43 et 44 disposées dans un entre- fer sous quatre pôles 51, 52, 53 et 54 d'un cadre ou joug magnétique stable laminé 55.
Un des flux magnétiques désignés par OD passe en ligne droite au travers de la pièce 65, par les pôles 51 et 53, sous l'excitation des enroulements 61 et 63 qui sont excités avec la différence de courant OD-f (E <I>- I)</I> telle que fournie par le transformateur à trois enroulements 30. L'autre flux magnétique, désigné par Os, s'étend diamétralement à tra vers l'instrument, à travers les autres pôles 52 et 54 qui sont excités par des enroulements 62 et 64 qui sont excités avec la somme de courant $s - f<I>(E</I> -E- <I>I)</I> qui est fournie par l'autre transformateur à trois enroulements 29.
Le circuit magnétique, à l'intérieur des boucles A et B est complété par un organe magnétisable 65 qui est constitué par un or gane stationnaire supporté par des supports isolants 66 et 67. On pourrait aussi suppri mer l'organe 65.
Le résultat de la construction de relais montrée à la fig. 3 est que la boucle A est excitée par un courant de boucle qui est in duit par la totalité de flux Os et ce courant de boucle réagit avec le flux différentiel eD pour produire un moment de rotation TA dans le sens des aiguilles d'une montre.
Le courant dans la boucle B est induit par le flux différentiel OD et il réagit avec la tota lité de flux Os dans les entrefers sous les pôles 52 et 54, produisant ainsi un moment de rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Il est facile à montrer que les composantes de pulsation à double fréquence de ces deux moments de rotation TA et TE s'éliminent exactement l'une l'autre lorsque les moments de rotation sont additionnés algé- briquement, de sorte que le moment de rota tion résultant total du relais est une gran deur stable,