Appareil pour déterminer les valeurs moyennes linéaire et quadratique des fluctuations
au cours du temps de la tension d'un réseau de transport
et de distribution d'énergie électrique
On connaît un appareil pour l'étude des variations de la tension d'un réseau de transport et de distribution d'énergie électrique, qui permet de dé- terminer les valeurs moyennes linéaire et quadratique des fluctuations en fonction du temps de la tension du réseau, par rapport à une tension de référence fixe. Cet appareil comporte des dispositifs intégrant de façon continue au cours du temps lesdites fluctuations et leurs carrés, ainsi qu'un compteur horaire mis en service en même temps que lesdits dispositifs intégrateurs.
Les valeurs moyennes linéaire et quadratique des fluctuations sont alors obtenues en divisant les résultats des intégrations, soit respectivement
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par la durée T desdites intégrations.
Des erreurs entachant les résultats ainsi obtenus sont imputables aux dispositifs intégrateurs continus utilisés ; leur évaluation est difficile du fait que ces appareils ont un mode de fonctionnement analogique.
La présente invention concerne un appareil qui permet d'obtenir les mêmes résultats que l'appareil connu mentionné ci-dessus, mais avec une précision sensiblement plus élevée ; l'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un voltmètre à plots agencé de telle sorte que sa gamme de mesure encadre la tension de référence et que son aiguille vienne, à des intervalles de temps déterminés, en contact électrique avec le plot dont elle est momentanément le plus près, ainsi que des moyens, commandés électriquement par le contact entre l'aiguille dudit voltmètre à plots et le plot qu'elle touche momentanément, pour produire et additionner des impulsions électriques en nombre égal au rang et au carré du rang dudit plot du voltmètre par rapport à son plot central correspondant à la tension de référence.
Si l'on désigne par Vit
v= / Vo la fluctuation instantanÚe relative (en %) de la tension V du réseau par rapport à la valeur de référence fixe V,, alors que l'appareil connu effectue l'intégration exacte de toutes les valeurs instantanées successives de v et de v2, qui sont respectivement mesurées et calculées de façon continue, l'appareil selon la présente invention effectue la sommation exacte de valeurs rapprochées de v et de v2 obtenues à partir de mesures de v effectuées à des intervalles de temps qui peuvent être réguliers ;
de façon plus précise, l'organe de mesure de l'appareil mesure pé- riodiquement la valeur de v, et, simultanément, dé- termine parmi une série définie de valeurs vi en progression arithmétique, celle qui est la plus voisine du résultat de la mesure de v ; l'organe de calcul additionne les valeurs vi successives ainsi déterminées, calcule et additionne les uns aux autres les carrés desdites valeurs vi, et enregistre le nombre n de me sures successives ; lorsqu'un nombre suffisant N de celles-ci a été effectué, les quotients
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fournissent des valeurs très rapprochées des valeurs moyennes respectivement linéaire et quadratique des fluctuations v.
Les erreurs systématiques entachant ces valeurs approchées ne dépendent évidemment que du choix de la fréquence des mesures successives de v, et de la valeur de la raison de la progression arithmétique formée par les valeurs vi ; ces erreurs peuvent donc être facilement évaluées et être rendues en tout cas très petites en choisissant une fréquence de mesure élevée (par exemple 1 mesure/minute) et une faible raison arithmétique (par exemple inférieure à 1 %).
Par ailleurs, la substitution, aux valeurs de v effectivement mesurées, de valeurs vi choisies parmi une série définie permet de simplifier considérablement la réalisation de la partie de l'organe de calcul destinée à évaluer les valeurs successives de V2 ; de même le choix d'une série de valeurs vi en progression arithmétique permet de substituer aux opérations continues sur les valeurs de v, exigeant des calculateurs analogiques, des opérations purement arithmétiques, ne nécessitant qu'un organe de calcul digital, ayant une constitution beaucoup plus simple et un fonctionnement beaucoup plus sûr et précis que lesdits calculateurs analogiques.
On a décrit ci-dessous et représenté schématiquement au dessin annexé, à titre d'exemple, une forme de réalisation de l'appareil selon l'invention.
La fig. 1 est le schéma d'un organe de mesure et d'un organe de calcul.
La fig. 2 est le schéma du circuit d'entrée et d'un commutateur synchrone.
Les fig. 3 et 3'sont les schémas de deux parties distinctes d'un dispositif auxiliaire permettant de déterminer les valeurs moyennes linéaire et quadratique des fluctuations de la tension du réseau pendant trois périodes distinctes de la journée.
Les fig. 4 et 4'sont les schémas de deux parties distinctes d'un autre dispositif auxiliaire, destiné à commander l'organe de mesure de façon qu'il effectue ses mesures successives à des intervalles de temps non réguliers, mais tels que la même quantité d'éner- gie ait traversé le réseau pendant chacun d'eux.
L'organe de mesure 1, représenté schématiquement sur la fig. 1, est un voltmètre spécial constitué de la façon suivante : sa bobine 1'est alimentée par la tension du réseau à étudier ; son aiguille 2 pivote au-dessus de 2 M + 1 (M entier) plots conducteurs isolés 3, 3', 3", et est normalement sans contact avec eux ;
ces plots sont disposés de façon que ladite aiguille 2 vienne à l'aplomb du plot central 3 lorsque la tension V du réseau est égale à la tension de référence choisie VO, et à l'aplomb de même plot situé à droite ou à gauche du plot central 3 lorsque
v = Vo ¯ m (? V/ M) c'est-Ó-dire lorsque la fluctuation
V-V
v
VO est un multiple entier du quotient par M. V, de la valeur absolue maxima tV de l'écart V-VO ; un dispositif, non représenté, et commandé par une horloge ou un commutateur synchrone, provoque à intervalle de temps réguliers (par exemple toutes les minutes) un mouvement de descente de l'aiguille 2 vers les plots isolés 3, 3', 3";
ladite aiguille, qui est reliée à un circuit conducteur, vient alors faire contact avec celui des 2 M + 1 plots à l'aplomb duquel elle se trouvait.
Si par exemple la tension de référence VO = 100 volts, et que l'amplitude maxima mesurable des fluctuations soit QV = 25 volts (75 volts V < volts), un voltmètre du type décrit comprenant
M = 50 plots à droite et à gauche du plot central correspondant à 100 volts, détermine à chacune de ses mesures successives une valeur approchée de l'écart relatif v, soit
vm = m. ? V / M. Vo = m 25 / 50 X 100 = m / 200 qui est entachée d'une erreur systématique au plus égale à t/2%.
L'organe de calcul arithmétique comprend tout d'abord un sélecteur rotatif téléphonique à trois bancs 4, 5, 6 de M + 1 plots chacun, dont les balais 4', 5', 6', effectuent en synchronisme une rotation com plète dans le sens des flèches, pendant la durée du contact de l'aiguille 2 de l'organe de mesure 1 avec le plot dont elle est le plus près.
Le plot central 3 de l'organe de mesure 1 est relié au plot origine de chaque banc 4, 5, 6 dudit sélecteur rotatif, tandis que chacune de ses M paires de plots symétriques par rapport au plot central 3, et de même rang m à droite et à gauche de ce dernier, est reliée en commun : 1. Au plot du premier banc 4, de même rang m
après le plot origine de ce banc ; 2. Au plot du second banc 5, de rang q après le
plot origine de ce banc, q étant 1'entier le moins
M2
inférieur possible à M ; 3. Au plot du troisième banc 6, de rang (m2-M. q)
après le plot origine de ce banc.
Les enroulements de commande 7, 8, 9 de trois relais à accrochage sont montés en série respectivement avec les balais 4', 5'et 6'des trois bancs du sélecteur rotatif, ainsi qu'avec l'un des pôles d'une source d'énergie électrique, dont l'autre pôle est relié à l'aiguille 2 de l'organe de mesure 1, de façon que, lorsque ladite aiguille 2 fait contact avec le plot de rang m de l'organe 1, les circuits d'excitation des relais 7, 8, 9 soient fermes lorsque les balais 4', 5' et 6'correspondants arrivent respectivement sur les plots de rang m, q et (m2-Mq) des bancs 4, 5 et 6, et le demeurent jusqu'à ce que lesdits balais aient terminé leurs rotations complètes et soient revenus sur leurs plots d'origine respectifs.
L'organe de calcul comprend en outre un générateur d'impulsions électriques synchronisées avec le passage du balais 4'sur chacun des plots du premier banc 4 du sélecteur rotatif : ce générateur est constitué essentiellement par une source de tension continue ayant un pôle relié à un contact de rupteur 10, dont la fermeture est synchronisée avec la rotation de l'axe commun des balais du sélecteur rotatif par des moyens appropriés connus, non représentés.
A chaque fermeture du contact 10, la tension de la source est appliquée en parallèle sur des compteurs d'impulsions électriques 11'-11", 12 et 13, respectivement à travers des contacts de travail 7', 8'et 9' des relais à accrochage 7, 8, 9 ; de tels compteurs sont bien connus dans la technique électronique.
A chacune des mesures successives effectuées par l'organe 1, dont l'aiguille vient au contact du plot isole de rang m, le compteur 11'-11"reçoit à travers le contact 7', qui reste fermé pendant que le balai 4'se déplace du M6ine plot du premier banc à son plot origine, un nombre d'impulsions précisément égal à m ; à chaque instant, le nombre total d'impulsions affiché par le compteur 11'-11"est donc proportionnel à la somme des écarts approchés v ; déterminés lors des mesures antérieures, puisque chacun de ces écarts approchés est proportionnel au rang du plot touché par l'aiguille de l'organe 1.
Les compteurs 12 et 13 reçoivent de même, à chacune des mesures successives, des nombres d'impulsions électriques respectivement égaux à q (entier
2 le moins inférieur à M) et à (m2-Mq), de telle sorte que la somme du total affiché par le compteur
13 et du produit par M du total affiché par le compteur 12 est à chaque instant proportionnelle à la somme des carrés des écarts approchés v ; déterminés lors des mesures antérieures. Le nombre N de mesures successives déjà effectuées à un instant donné est fourni par un compteur non représenté, déclen- ché par l'horloge ou le commutateur synchrone qui commande l'organe de mesure 1.
L'exemple de réalisation représenté sur la fig. 1 comporte des moyens permettant de tenir compte du signe de l'écart relatif v et de sa valeur approchée
N v ;, afin de déterminer la somme algébrique z Vi ; 1 pour cela, un contact inverseur 14-14'-14"d'un relais polarisé 15'-1S"est monté en série avec le contact 7'du relais 7, de façon à diriger les impulsions électriques transmises par le contact 10 soit exclusivement sur le compteur 11', soit exclusivement sur le compteur 11" ; les deux bobines 15'et 15"de ce relais polarisé sont dotées de circuits d'excitation indépendants, dont l'un ou l'autre seulement est fermé quand l'aiguille 2 de l'organe de mesure 1 se trouve à droite ou à gauche du plot central 3 ;
dans l'exem- ple représenté, chaque circuit d'excitation passe par l'aiguille 2 et un secteur conducteur 16'ou 16", ces deux secteurs étant disposés de façon telle que ladite aiguille 2 vient en contact avec l'un d'eux seulement, lors de chacun de ses mouvements de descente axiaux ; les totaux affichés par les compteurs indépendants 11'et 11"sont ainsi proportionnels à chaque instant aux sommes des écarts approchés respectivement positifs et négatifs déterminés lors des mesures antérieures, tandis que leur différence est proportionnelle à la somme algébrique de ces mêmes écarts.
Pour pouvoir changer la valeur de la tension de référence V, sans devoir modifier l'organe de mesure 1, ce qui est indispensable en particulier pour pouvoir étudier avec le même appareil les fluctuations sur des réseaux ayant des tensions nominales différentes (par exemple 100, 127, 220, 380 volts..., etc.), on applique la tension du réseau sur la bobine du voltmètre 1 par l'intermédiaire d'un réducteur à rapport variable, non représenté, conçu de façon à délivrer une tension rigoureusement constante, et égale par exemple à 100 volts, lorsqu'il reçoit du réseau une tension exactement égale à sa valeur nominale, quelle que soit celle-ci.
Dans le cas d'un système de tensions triphasées, un perfectionnement de l'appareil précédemment décrit lui permet d'effectuer les mesures successives sur les trois tensions simples ou composées, successivement et par permutation circulaire ; pour cela, les quatre pôles du système triphasé sont connectés aux bornes N-1-2-3 du circuit d'entrée représenté sur la fig. 2, qui comporte un commutateur double 1717', à trois positions, dont l'axe est entraîné en rotation continue par un moteur synchrone 18 ; la tension prélevée par les balais 19 et 19'est appliquée à l'organe de mesure 1, éventuellement par l'intermédiaire d'un réducteur approprié ;
un commutateur manuel 20 à trois positions permet de choisir entre la mesure permanente de la première tension simple (M) et les mesures alternées des trois tensions simples (X) ou composées (t)-
L'appareil décrit peut être en outre doté d'un dispositif auxiliaire permettant de déterminer les valeurs moyennes linéaire et quadratique des fluctuations de la tension du réseau pendant trois périodes distinctes de la journée.
Ce dispositif auxiliaire, dont le schéma est repré- senté sur les fig. 3 et 3', comporte cinq groupes de trois compteurs chacun, ll'j,ll'n,llm13j, 13je, 131IIN 21I, 21II, 21III ; chaque compteur de chacun des quatre premiers groupes est destiné à jouer respectivement le rôle du compteur 11', 11", 12 ou 13 de l'appareil principal pour l'une des trois périodes distinctes de mesure ; les trois compteurs 21 du cinquième groupe sont destines respectivement à totaliser le nombre de mesures successives pendant chaque période.
Le dispositif auxiliaire comprend en outre trois relais, dont chacun a son enroulement de commande 22S, 22II ou 22III montÚ aux bornes d'une source de tension électrique par l'intermédiaire de deux circuits montés en parallèle l'un avec l'autre : 1. Un circuit d'excitation, constitué par la mise en
série d'un contact horaire 23I, 23II ou 23jet, qui
est fermé par un dispositif approprié, non repré-
senté, pendant toute la durée de la période de
mesure correspondante, et d'un contact 24I, 24II
ou 24ici, qui est fermé momentanément à la fin
de chaque opération de l'organe de calcul, de
préférence par le commutateur synchrone com
mandant l'organe de mesure de l'appareil princi
pal ; 2.
Un circuit de maintien, constitué par la mise en
série d'un contact travail 22"I, 22"II ou 22"III
du relais 22I, 22II ou 22III lui-meme, et d'un
contact repos de chacun des deux autres relais
(par exemple 22"'II et 22"'il pour le relais 221).
Enfin chacun des trois compteurs des cinq groupes est relié à travers un contact travail 22'I, 22' ou 22'III du relais homologue 22l, 22ll ou 22lui, respectivement au contact 14'de l'appareil principal pour les compteurs du premier groupe, au contact 14"pour ceux du second, au contact 8'pour ceux du troisième, au contact 9'pour ceux du quatrième, et à un contact 7"du commutateur synchrone pour ceux du cinquième.
Le fonctionnement de ce dispositif auxiliaire est le suivant :
Pendant une période de mesure (par exemple la période I), le relais correspondant (22I) est maintenu excité par son circuit de maintien (22"'I, 22"'II, 22"'jjj), tandis que les deux autres relais (22II, 22III) sont au repos ; le compteur homologue de chaque groupe (11'I, 11"I, 121, 13I, 21I) totalise par suite les impulsions qui lui arrivent de l'appareil principal pendant toute la durée de la période de mesure con sidérée.
L'instant de passage à la période de mesure suivante (II par exemple) est marqué par l'ouverture du contact horaire précédemment fermé (23I) et la fermeture du contact horaire suivant (23II) ; si un calcul est en cours à cet instant (les contacts 24I, 24II, 24lui étant ouverts), le relais précédemment excité (221) le reste, pour permettre aux compteurs correspondants 11'I..., etc.) d'enregistrer le résultat de la dernière mesure effectuée pendant la période précé- dente.
Dès que le calcul en cours est terminé, et que les contacts 24I, 24ll et 24III se ferment momentanément, le relais correspondant à la nouvelle période de mesure (22lI) est excité par son circuit normal (23II, 24II) ; il coupe alors le circuit de maintien du relais (22l) précédemment excité (en ouvrant son contact 22"'II) ; il en résulte alors la fermeture de son propre circuit de maintien (grâce à la fermeture des contacts 22"je et 22"'I);
le nouveau relais excité (22je) le restera par suite, maigre l'ouverture ulté- rieure des contacts 241. 24II, 24III, pendant toute la durée de la période de mesure correspondante, assurant ainsi pendant cette période l'enregistrement des impulsions par les compteurs homologues (11'II..., etc.).
Un dispositif auxiliaire peut aussi permettre de commander l'organe de mesure de façon qu'il effectue ses mesures à des intervalles de temps non rÚguliers, mais tels que la même quantité d'énergie ait traversé le réseau pendant chacun d'eux.
Ce dispositif auxiliaire, dont le schéma est repré- sentÚ sur les fig. 4 et 4', comporte quatre relais, dont les enroulements 25I, 25II, 25III, 25IV sont montÚs aux bornes d'une source de tension à travers un certain nombre de contacts de travail et de repos, montés en série et en parallèle les uns avec les autres ; ces contacts sont commandés par les quatre relais eux-mêmes, à l'exception : 1. Du contact 24, qui est monté en série dans le
circuit d'excitation du relais 251\-, et qui est fermé
pendant les intervalles entre les opérations suc
cessives de l'organe de calcul, de préférence par
le commutateur synchrone de l'appareil principal ; 2.
Du contact 26, qui est fermé par l'intermédiaire
d'un compteur d'énergie branché sur le réseau,
et non représenté chaque fois que ledit compteur
a mesuré le passage d'une quantité d'énergie dé-
terminée pendant le temps qui s'est écoulé depuis
la précédente fermeture du contact 26.
Comme le montre la fig. 4', le circuit d'alimentation du moteur synchrone 27 qui entraîne le commutateur de commande, non représenté, de l'organe de mesure 1, traverse en outre un contact travail 25"ri du relais 251il, que l'inverseur manuel 28 permet de court-circuiter lorsque l'on désire au contraire que les mesures soient effectuées par l'organe de mesure à des intervalles de temps réguliers.
Le fonctionnement de ce dispositif auxiliaire est le suivant :
Le cycle de calcul précédent étant terminé, le moteur 27 est à l'arrêt, fermant le contact 24. Le relais 251\-est par suite alimenté, les relais 25I, 25rl et 25III étant au repos. Lorsque le compteur d'éner- gie ferme le contact 26, le relais 251 est alimenté.
Son contact 25'I alimente le relais 25III qui, par le contact 25"III, met le moteur 27 sous tension. Ce dernier démarre et, en ouvrant le contact 24, met au repos le relais 25 ce qui provoque l'auto-ali- mentation du relais 25lll à travers les contacts 25sur et 25"IV, et l'alimentation du relais 25II par le contact 25'jv. Le relais 251, s'auto-alimente alors par son contact 25"il, et ouvre son contact 25'il. Le relais 25l retombe par suite.
Lorsque le cycle de calcul est terminé, le moteur 27 referme le contact 24 ; le relais 25IV Útant ali mente, il coupe le relais 251li, qui en retombant provoque l'arrêt du moteur 27. Pour qu'un nouveau cycle recommence, il faudra qu'il y ait d'abord ouverture du contact 26 du compteur d'énergie, ce qui provoquera la retombée du relais 25II, puis nouvelle fermeture dudit contact 26.
Le compteur d'énergie peut en effet, si l'énergie transportée par le réseau qu'il contrôle vient à s'annuler, s'arrêter dans une position telle qu'il ferme constamment le contact 26. Le dispositif décrit évite que plus d'un cycle de mesure-calcul ne soit effectué dans ce cas.