Installation pour la protection des tronçons de lignes de transport d'énergie électrique contre les contacts entre fils et les défauts<B>à</B> la terre. La présente invention, due<B>à</B> M. Bernard Morel, concerne une installation pour la protection des tronçons de lignes de trans port d'énergie électrique contre les contacts entre fils et les défauts<B>à</B> la terre,
cette instal lation étant caractérisée par au moins un dispositif de comparaison des phases de deux grandeurs électriques comprenant un transformateur dont les circuits magnétiques sont en substance hypermagnétique et sont soumis<B>à</B> des champs magnétiques alter natifs et en plus<B>à</B> des champs magnétiques constants produits par des enroulements pai- courus par des courants pratiquement conti nus qui amènent la substance hypermagné- tique dans un état de saturation, ce transfor mateur coopérant avec d'autres transforma teurs, avec des impédances et des tubes élec troniques, le tout étant disposé de façon<B>à</B> obtenir, dans un circuit,
un courant électri que lorsque le déphasage entre les deux grandeurs se trouve compris entre certaines limites, ce courant étant pratiquement nul en dehors de ces limites.
En faisant passer le courant ainsi obtenu dans des relais, appareils de mesure ou des dispositifs de signalisatioii, on pourra obtenir certains fonctionnements des relais, certaines indications des appareils de mesure ou des signaux convenables, lorsque le déphasage entre les deux grandeurs est compris entre certaines limites; tandis qu'en dehors de ces limites, on pourra obtenir un fonctionnement différent du relais, une indication différente de l'appareil de mesure ou un signal différent ou aucun signal.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> représente un transformateur dont le circuit magnétique en substance hypermagnétique porte un enroulement pri maire<B>1</B> et un enroulement secondaire 2, parcourus par des courants alternatifs, tan dis que l'enroulement<B>3</B> est parcouru par un courant pratiquement continu.
Sur la fig. <I>2, AB</I> est la courbe de magné tisme d'un circuit magnétique, c'est-à-dire la courbe B<B><I>= /</I></B> (H) dans laquelle B est l'indue- tion et<I>H</I> le champ magnétique correspon dant; 4-5 représente une période de la courbe du courant dans l'enroulement pri maire<B>1</B> du transformateur de la fig. <B>1,</B> cou rant i supposé fonction sinusoïdale du temps t.
De ces deux courbes on peut déduire la courbe B<B><I>= /</I></B> (t) et e2 # #9 <I>(t), e,</I> étant la force électromotrice induite dans l'enroule ment secondaire 2 de la fig. <B>1,</B> force électro motrice qui est proportionnelle<B>à
EMI0001.0017
</B> On voit facilement que, dans les conditions de la fig. 2, la force électromotrice e. est pratique- ment nulle pendant l'alternance 4 et les parties de l'alternance<B>5</B> voisines des zéros de la courbe de courant, tandis que cette force électromotrice prend des valeurs fmies pour les parties de l'alternance<B>5</B> voisines de son maximum.
La position du point<B>A</B> dépend de la valeur des ampère tours correspondant au courant continu qui traverse l'enroulement<B>3</B> de la fig. <B>1.</B> On peut, en donnant<B>à</B> ce courant une valeur appropriée, obtenir une tension aux bornes de l'enroulement 2, ayant des paliers de valeur presque nulle, de la loii- gueur voulue, et une pointe plus ou moins étroite.
La fig. <B>3</B> donne le schéma d'un montage destiné<B>à</B> repérer le déphasage entre une tension et un courant.
Dans cette figure,<B>6</B> est un transformateur de tension dont le primaire<B>7</B> est alimenté par la tension de référence ou une tension propor tionnelle<B>à</B> celle-ci et d'uiae phase appropriée; <B>8</B> et<B>9</B> sont deux secondaires identiques du transformateur<B>6; 10</B> est un transformateur de courant dont le primaire<B>Il</B> est traversé par le courant dont on veut repérer le<B>dé-</B> phasage par rapport<B>à</B> la tension de référeD ce;
12 et<B>13,</B> d'une part, 14 et<B>15,</B> d'autre part, soiit deux enroulements secondaires du transfor mateur<B>10.</B> Chacun de ces enroulements a une sortie en son point milieu.<B>A</B> ces sorties, on connecte respectivement une des extrémités de chacun des enroulements<B>8</B> et<B>9;
16, 17,</B> <B>18, 19</B> sont les circuits magnétiques de quatre transformateurs, analogues<B>à</B> celui de la fig. <B>1;</B> les circuits magnétiques de ces trans formateurs sont en métal hypermagnétique saturé<B>à</B> l'aide du courant continu qui tra verse les enroulements 20, 21, 22 et<B>23,</B> o montés en série entre eux et alimentés par une source de courant continu 24<B>à</B> travers une inductance<B>25,</B> destinée<B>à</B> limiter le cou rant alternatif induit dans lesdits enroule ments, et une résistance réglable<B>26</B> destinée <B>à</B> faire varier la valeur du courant continu.
La variation de ce couraDt continu permet de changer la position du point marqué<B>A</B> sur la fig. 2 ou, en d'autres termes, de modi- fier la saturation des circuits magnétiques des transformateurs<B>16, 17, 18</B> et<B>19.</B> Les s enroulements primaires de ces transforma teurs sont désignés par<B>27, 28, 29, 30;</B> leurs enroulements secondaires sont représentés par<B>31, 32, 33,</B> 34.
Les repères<B>35, 36, 37,</B> <B>38</B> désignent des résistances,<B>39,</B> la première s lampe d'un relais électronique alimentant d'une façon connue le circuit d'un relais, d'un appareil de mesure ou de signalisation. 40 et 41 sont des résistances dans lesquelles débi tent les secondaires<B>31, 32, 33,</B> 34 des bans-<B>É</B> formateurs<B>16, 17, 18, 19, à</B> travers les re dresseurs 42, 43.
Le fonctionnement du dispositif est le suivaint: Le transformateur de tension<B>6</B> fournit i aux bornes de ses secondaires<B>8</B> et<B>9</B> des ten sions pratiquement sinusoïdales pour une tension sinusoïdale aux bornes de son enrou lement primaire<B>7.</B> Le transformateur de courant<B>10,</B> alimenté par un courant sinu-, soïdal traversant son enroulement primaire <B>11,</B> dont le circuit magnétique est saturé, fournit aux bornes de ses enroulements se condaires 12,<B>13,</B> 14 et<B>15</B> des tensions<B>dé-</B> formées analogues<B>à</B> celle indiquée dans la courbe de la fig. 4,
dans laquelle le temps t est porté en abscisse et la tension u en or- don-née.
Si, pour des sens positifs appropriés, on désigne par u la différence de potentiel aux bornes de l'enroulement<B>8,</B> égale<B>à</B> celle de l'enroulement<B>9,</B> et par u' la différence de po tentiel aux bornes de chacun des enroule ments 12,<B>13,</B> 14 ou<B>15,</B> supposés identiques, on peut choisir le sens des enroulements de façon que la différence de potentiel aux bornes de l'ensemble 12 et<B>8</B> soit (u<B>+</B> u'), celle aux bornes de l'ensemble 14 et<B>9</B> soit <B>-</B> (u + u), taudis que la différence de poten tiel aux bornes de l'ensemble<B>13</B> et<B>8</B> sera (u<B>-</B> u') et celle aux bornes de l'ensemble 14 et<B>9</B> (u'.<B>-</B> u).
Les différences de potentiel (u<B>+</B> u') et -(u<B>+</B> u') produisent dans les circuits<B>35-27, 37-29</B> des courants il et i, qui leur sont pratiquement proportionnels, si on admet que les impédances des enroule- ments primaires<B>27</B> et<B>29</B> sont faibles respec tivement devant celles des résistances<B>35</B> et<B>37;</B> de même les différences de potentiel (u -u') et (W <B>-</B> u) produisent, dans les circuits<B>36-28</B> et<B>38-30</B> des courants i, et i4 pratiquement proportionnels<B>à</B> (u<B>-</B> u').
Les courbes 45, 46, 47 et 48 de la fig. 5a représentent les courbes de ces courants, dans le cas particulier où u et W sont en phase. La courbe 4.5 représente le courant i,, la courbe 46 le courant i, la courbe 47 le courant i, et la courbe 48 le courant i4, Dans la même fig. 5a, la courbe 44 est la courbe B # f (H) dans les circuits magné tiques des transformateurs<B>16, 17, 18, 19.</B> Les courbes 49,<B>50, 51</B> et 52 (fig. <B>5b)</B> repré sentent les courbes des tensions aux bornes des enroulements secondaires<B>31, 32, 33,</B> 34. La courbe 49 correspond au courant pri maire donné par la courbe 45.
Cette forme s'explique facilement. Lorsque le courant i, prend les valeurs correspondant<B>à</B> l'alter nance<B>à</B> gauche et en haut de la courbe 45, l'induction dans le fer du transformateur<B>16</B> varie rapidement (entre les points a' et a" de la courbe 45), d'abord en croissant, ensuite en décroissant.
Dans ces conditions, la force électromotrice aux bornes du secondaire, qui est proportionnelle<B>à</B> dB <B>,</B> comme on l'a vu, dt est d'abord positive, ensuite négative, ce qui donne les deux pointes de la courbe 49; par contre, pour l'alternance<B>à</B> droite et en bas, l'induction B reste pratiquement cons tante et la force électromotrice pratiquement nulle, ce qu'indique la partie de la courbe 49 qui suit les deux pointes de signes contraires.
Des résultats analogues sont indiqués dans la courbe<B>51</B> correspondant au transfor mateur<B>18,</B> sauf que la force électromotrice est pratiquement nulle pour la première alternance et présente deux pointes de signes contraires pour la deuxième alternance.
Pour ce qui concerne la force électromo trice aux bornes des circuits secondaires<B>32</B> et 34, leurs valeurs sont pratiquement nulles, comme l'indiquent les courbes<B>50</B> et<B>52,</B> parce que les courants i, et i, représentés par les courbes 46 et 48 de la fig. âa ne dépassent jamais les valeurs correspondant au coude<B>A'</B> de la courbe B<B><I>=</I></B> f <I>(H).</I>
Les résultats précédents sont obtenus par un réglage convenable de la position du point<B>A</B> (correspondant aux valeurs nulles des courants 'l, '21 '3, '4) sur la courbe B # <B>/ (H).</B>
Les circuits secondaires<B>31</B> et<B>33</B> sont montés en série et leur force électromotrice s'ajoutent; on obtient donc, aux bornes du circuit formé par le redresseur 42 et la résis tance 40, une différence de potentiel dont la forme est donnée par la courbe<B>53</B> (fig.5c) résultant de la superposition des courbes 49 et<B>51.</B> De même, les circuits<B>32)</B> et 34 sont montés en série aux bornes du circuit formé par le redrcsseur 43 et la résistance 41; la différence de potentiel obtenue est pratique ment nulle (courbe 54, fig. âc) parce que les deux forces électromotrices qui s'ajoutent sont pratiquement nulles.
Le redresseur 42 laisse passer le courant correspondant aux valeurs positives de la tension de la courbe<B>53;</B> la grille de la lampe <B>39</B> est alors<B>à</B> un potentiel positif et une impulsion de courant se produit dans le circuit d'anode de cette lampe<B>à</B> chaque alternance.
Dans le cas où les tensions u et u' sont en opposition, on trouve les résultats de la fig. <B>6</B> qui sont faciles<B>à</B> comprendre d'après ce<B>qui</B> précède. Dans ce cas, la tension aux bornes des circuits<B>31</B> et<B>33,</B> en série, est prati quement nulle (courbe 64); par contre, celle aux bornes des circuits<B>32</B> et 34, en série, pré sente deux oscillations par période (courbe <B>U).</B> Cette tension est appliquée au circuit formé par la résistance 40 et le redresseur 42. Ce redresseur ne laisse passer que des alter nances négatives; la grille de la lampe<B>39</B> est donc au potentiel zéro ou au potentiel néga tif et aucun courant ne traverse son circuit d'anode.
En résumé, suivant que u et u' sont en phase ou en opposition, un courant passera ou ne passera pas dans le circuit d'anode de la lampe<B>39.</B> On voit facilement qu'il existe une plage d'environ<B>180',</B> du déphasage entre u et it', pour laquelle il<B>y</B> aura un courant dans le circuit d'anode de la lampe<B>39,</B> et une plage du même ordre de grandeur pour laquelle il n'y aura pas de courant.
Avec le montage de la fig. <B>3</B> on a, dans le cas favorable, une impulsion de courant anodique<B>à</B> chaque alternance. On'peut sim plifier le montage en supprimant les transfor mateurs<B>18</B> et<B>19</B> et les circuits qui leur correspondent; on obtient alors, dans les cas favorables, une impulsion de couraiit par période.
La fig. <B>7</B> concerne un montage destiné <B>à</B> comparer les phases de deux courants. Dans cette figure,<B>68</B> représente un transfor mateur de courant<B>à</B> circuit magnétique non saturé et dont le primaire<B>69</B> est parcouru par l'un des courants ou par un courant proportionnel<B>à</B> celui-ci et en phase avec lui ou déphasé d'un angle approprié;<B>70</B> et<B>71</B> représenten.t deux enroulements secondaires identiques de ce transformateur;
<B>72</B> un transformateur de courant<B>à</B> circuit magné tique saturé dont l'enroulement primaire<B>73</B> est parcouru par le deuxième courant et doiit les secondaires 74 et<B>75</B> ont,<B>à</B> leurs bornes, des différences de potentiels déformées' comme dans le transformateur<B>10</B> de la fig. <B>3;</B> <B>76</B> et<B>77</B> sont des transformateurs analogues <B>à</B> celui de, la fig. <B>1,</B> dont les primaires<B>78</B> et<B>79</B> sont alimentés respectivement par la tension aux bornes de l'ensemble<B>70-74</B> et<B>71-75</B> <B>à</B> travers la résistance<B>82; 80</B> et<B>81</B> sont les enroulements secondaires des transforma teurs<B>76</B> et<B>77;
83</B> et 84 sont les enroulements des mêmes transformateurs parcourus par le courant continu fourni par une source<B>85</B> <B>à</B> travers une résistance réglable<B>86</B> et une bobine de réactance<B>87; 88</B> est la première lampe d'un relais électronique alimentant d'une façon connue le circuit d'un relais, d'un appareil de mesure ou de signalisation;<B>89</B> et <B>90</B> sont deux redresseurs et<B>91</B> et<B>92</B> des résis tances.
Les explications données pour la fig. <B>3</B> permettent de comprendre le fonctionne ment du dispositif de la fig. <B>7.</B> Pour cer- taines limites du déphasage entre les deux courants étudiés, des impulsions de courant passent dans le circuit d'anode de la lampe <B>88, à</B> raison d'une impulsion par période; tandis que, pour d'autres valeurs du dépha sage, aucun courant ne passe dans ce circuit d'anode.
On peut, en s'inspirant de la fig. <B>3,</B> faire un montage qui donne deux impulsions par période, dans les limites favorables du déphasage.
L'installation décrite peut recevoir un grand nombre d'applications; elle convient dans tous les cas oÙ une mesure, un signal ou le fonctionnement d'un dispositif de pro tection dépend de la valeur du déphasage entre tensions entre courants ou entre une tension et un courant.
L'installation décrite ici est aussi appli cable au cas ou les disjoncteurs aux deux extrémités d'un tronçon de ligne doivent fonctionner lorsqu'un défaut se produit sur le tronçon limité par les deux disjoncteurs et ne doivent pas fonctionner lorsque le défaut est extérieur<B>à</B> ce tronçon, lorsque le critère qui sert<B>à</B> distinguer ces deux cas est soit la grandeur, soit le sens du déplia- sage.entre tensions, entre courants ou entre une tension et un courant, tel par exemple le déphasage des courants aux deux extré mités du tronçon ou le déphasage entre cou rant et tension<B>à</B> chaque extrémité.
Les tensions dont il s'agit peuvent être des tensions simples ou composées dont, on dispose ou celles obtenues par transforma tion, mais elles peuvent être aussi les coin- posantes directes, inverses ou homopolaires des tensions. De même, les courants peuvent être les courants du réseau ou des courants obtenus par transformation ou des courants proportionnels<B>à</B> la différence des courants dans deux phases, obtenus par exemple par un montage convenable de transformateurs ou<B>à</B> l'aide de transformateurs spéciaux; mais on peut aussi employer les compo santes directes, inverses ou homopolaires des courants.
<B>Il</B> est aussi possible de prévoir, dans l'ins tallation dont il s'agit, des moyens qui per mettent de se servir des composantes in verses ou homopolaires des tensions ;ou des courants, lorsque les défauts se produisent entre deux phases ou entre une phase et la terre (ou des deux composantes<B>à</B> la fois), et disposer l'ensemble de façon que ces com posantes soient remplacées automatiquement par les composantes directes ou par les tensions ou les courants eux-mêmes, lors d'un défaut triphasé.
La fig. <B>8</B> montre le schéma d'une instal lation pour la protection directionnelle sélec tive d'un tronçon de ligne dans laquelle un signal de verrouillage est envoyé<B>à</B> l'autre extrémité, lorsque le défaut se trouve dans une partie du réseau extérieure au tronçon <B>à</B> protéger et voisine de l'extrémité qui envoie le signal.
Dans ce schéma' les signaux de verrouil lage<B>à</B> fréquence musicale sont transmis<B>à</B> l'autre extrémité de la ligne par un canal <B>à</B> haute fréquence. La fig. <B>8</B> représente une des extrémités de la ligne<B>101</B> (représentée par un trait unique pour simplifier la figure).
Les courants<B>à</B> haute fréquence attaquent la ligne par l'intermédiaire du condensateur 102; les circuits bouchons<B>103</B> et 104 empê chent ces courants de se diriger vers l'exté rieur du tronçon<B>à</B> protéger; ledit tronçon est limité par un disjoncteur<B>105; 106</B> et<B>107</B> sont respectivement un émetteur et un récep teur<B>à</B> haute fréquence, accordés sur deux fréquences différentes.<B>108, 109, 110, 111,</B> 112,<B>113</B> sont des lampes triodes (dont les circuits de chauffage n'ont pas été représen tés par raison de simplicité); leurs circuits anodiques sont respectivement alimentés par les sources<B>à</B> courant continu<B><I>A,</I></B><I> B,</I> C, <B><I>D.</I></B> <B><I>E,</I></B><I> F,</I> dont on a représenté, pour chacune, le pôle positif et le pôle négatif;
114,<B>115, 116,</B> <B>117, 118, 119</B> sont des résistances; la résis tance 120 est mise en dérivation aux bornes du condensateur 121; 122 est un maître- oscillateur <B>à</B> fréquence musicale, dont l'en roulement de sortie alimente le potentio mètre<B>123</B> sur lequel est prise l'attaque de grille de la lampe<B>111;</B> la fréquence musicale, émise par la lampe<B>109</B> et amplifiée par la lampe<B>111,</B> module, par l'intermédiaire du transformateur 124, la haute fréquence de l'émetteur<B>106;
</B> 125,<B>126, 127</B> sont trois dis positifs, identiques<B>à</B> celui représenté fig. <B>3,</B> et respectivement alimentés par les compo santes homopolaires, inverses et directes du courant et de la tension en ligne;<B>128</B> et<B>129</B> sont deux ensembles fournissant<B>à</B> leurs bornes une tension continue proportionnelle respectivement aux intensités des courants homopolaires et inverses;<B>130</B> est un dispo sitif aux bornes duquel on recueille une ten sion continue uniquement en cas de défaut triphasé symétrique; ce dispositif<B>130</B> envoie également,<B>à</B> l'état de veille, un courant continu capable de verrouiller le dispositif <B>127,</B> par saturation d'un de ses transforma teurs d'alimentation;
les éléments<B>131</B> et<B>132</B> sont respectivement semblables<B>à 128</B> et <B>129; 133</B> représente une résistance; 134 désigne un amplificateur-redresseur qui re çoit,<B>à</B> ses bornes<B>13.5,</B> la fréquence musicale issue du maître-oscillateur 122, et envoie, par ses bornes<B>136,</B> un courant continu sus ceptible d'actionner le relais<B>137,</B> dont les contacts commandent le disjoncteur<B>105.</B>
L'amplificateur-redresseur 134 peut être verrouillé par une tension continue appliquée <B>à</B> ses bornes<B>138,</B> ou par une tension<B>à</B> fré quence musicale appliquée<B>à</B> ses bornes<B>139</B> ou 140.
<B>A</B> l'état de veille, les lampes<B>108, 111</B> et<B>113</B> débitent un courant qui, en traversant les résistances cathodiques 114,<B>117</B> et<B>119,</B> polarise négativement et fortement les grilles des lampes<B>109, 110</B> et 112 qui, par consé quent, peuvent débiter.
En cas de défaut, entre une des phases et la terre, ou entre phases, les composantes homopolaires ou inverses, ou les deux en semble, apparaissent dans le courant et la tension en ligne. Les éléments<B>128</B> et<B>129</B> introduisent sur la grille de<B>108</B> une tension négative qui diminue fortement le courant de cette lampe; la lampe<B>109</B> n'étant plus bloquée débite<B>à</B> son tour, et bloque la lampe<B>108,</B> par la tension apparaissant sur la résistance cathodique 11.5. Dès# lors, la lampe <B>109</B> émet, par son maître-oscillateur 122, une tension<B>à</B> fréquence musicale qui attaque la grille de la lampe<B>11</B> et qui alimente l'ampli ficateur 134 par ses bornes<B>135.</B>
La protection est mise en route.
Si la puissance de défaut circule dam le sens de surveillance, l'un des dispositifs<B>125</B> ou<B>126</B> délivre,<B>à</B> la grille de la lampe<B>110,</B> des pointes de tension positive, dont la première, venant contrecarrer la polarisa tion négative introduite par<B>117,</B> fait débiter la lampe<B>110;</B> cela a pour effet de bloquer l'amplificatrice<B>111,</B> grâce<B>à</B> la tension néga tive apparue aux bornes de<B>116.</B> Ainsi, au cune tension<B>à</B> fréquence musicale n'est envoyée<B>à</B> l'émetteur haute fréquence<B>106,</B> ni aux bornes<B>139</B> de l'amplificateur redres seur 134.
Celui-ci a été déverrouillé d'ailleurs par la disparition de la tension continue aux bornes de 120 et de<B>133.</B> Grâce au condensa teur 121, la disparition de la tension continue aux bornes de 120 n'apparaît qu'avec un, léger retard, ce qui permet au relais direc tionnel<B>110 - 111</B> de remplir son office avant la sensibilisation du déclencheur. La dispa rition de la tension continue aux bornes de <B>135</B> est la conséquence du basculement du relais 112-113, sous l'action d'un des dispo sitifs<B>131</B> ou<B>132</B> agissant identiquement<B>à</B> <B>128</B> ou<B>129.</B> Ce second relais<B>112-113</B> permet de régler un seuil de déclenchement différent du seuil de verrouillage.
Si aucun signal<B>à</B> fréquence musicale n'est parvenu de l'autre extrémité de la ligne, par l'intermédiaire du récepteur<B>107,</B> aucurie tension, n'est appliquée aux bornes<B>138.</B> L'amplificateur-redresseur 134 n'étant plus du tout verrouillé fonctionne et fait agir le relais<B>137</B> qui, par la fermeture de ses con tacts, provoque le décleiichemertt du dis joncteur<B>105.</B>
Si la puissance de défaut circule de la ligne<B>101</B> vers l'extérieur du tronçon<B>à</B> pro téger, les éléments directionnels<B>125</B> ou<B>126</B> délivrent,<B>à</B> la grille de<B>110,</B> des pointes de tension négative qui sont sans effet sur cette lampe<B>déjà</B> bloquée par la tension aux bornes de<B>117.</B> La lampe<B>111</B> continue<B>à</B> débiter et amplifie la tension<B>à</B> fréquence mu sicale qui va verrouiller, en<B>139,</B> l'amplifica- teur-redresseur 134, et attaquer l'émetteur <B>106,</B> grâce auquel ce signal sera transmis<B>à</B> l'autre poste dont il verrouillera le déclen cheur.
En cas de défaut triphasé symétrique, il n'apparaît aucune composante inverse ou homopolaire. Le dispositif<B>130</B> assure alors le basculement du relais<B>108-109</B> de mise en route en même temps qu'il déverrouille le dis positif<B>127.</B> Dès lors, le processus de fonctionne ment devient le même que celui qui a été précé demment indiqué, le dispositif<B>130</B> assurant également le basculement du relais 112-113.