CH632875A5

CH632875A5 - Procede pour determiner la direction d'un defaut sur une ligne de transport d'energie electrique alternative.

Info

Publication number: CH632875A5
Application number: CH140678A
Authority: CH
Inventors: Michel Souillard
Original assignee: Enertec
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1982-10-29
Also published as: BR7800724A; US4251766A; GB1599218A; SE7801193L; FR2380631B1; SE429380B; ES466782A1; IT1092574B; DE2805524A1; IT7820121A0; DE2805524C2; FR2380631A1; JPS53124740A; CA1122655A; JPS6238930B2

Description

La présente invention a pour but d'établir un procédé et un relais permettant de donner des résultats acceptables dans le cas de défaut sur des lignes de transport d'énergie même si ces 15 lignes sont compensées par condensateurs.

Le procédé et le relais selon l'invention sont conçus selon les revendications 1, respectivement 6.

D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du 20 dessin annexé à titre illustratif dans lequel:

- la figure 1 représente sous forme schématique un ligne de transport de l'énergie électrique prise dans un réseau de lignes, avec les différents paramètres qui permettent de la définir électriquement et à laquelle est connecté un relais directionnel,

25 - la figure 2 représente le schéma bloc d'un mode de réalisation d'un relais directionnel selon l'invention,

- la figure 3 représente une série de courbes permettant de comprendre le fonctionnement du relais directionnel selon l'invention,

30 — la figure 4 représente un schéma bloc d'un autre mode de réalisation d'un relais directionnel selon l'invention,

- la figure 5 représente un autre exemple de réalisation d'un relais directionnel selon l'invention, et

- la figure 6, A, B, représente une illustration d'un exemple 35 permettant d'expliciter le fonctionnement du relais selon la figure 5.

- la figure 7 représente un exemple de circuit de mémoire de la tension complexe.

La figure 1 représente très schématiquement un réseau de 40 distribution de l'énergie électrique. Ce réseau peut comprendre une pluralité de lignes interconnectées les unes aux autres et alimentées par des pluralités de sources d'alimentation.

Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le réseau comprend une première source d'énergie électrique 1 délimitant une pre-45 mière ligne 2. Cette ligne 2 est interconnectée à une seconde ligne 3 par un point de connexion 4 qui matériellement est constitué par un jeu de barras. Dans cet exemple, la ligne 3 peut être alimentée à son autre extrémité 5 par une seconde source d'énergie 6.

50 Dans le reste de la description, il sera supposé que la ligne à surveiller est celle (3) comprise entre le point 4 et la source 6. Cette ligne sera orientée par rapport au point 4, c'est ainsi qu'un défaut qui se produit sur cette ligne 3 par exemple comme celui schématisé en 7 par un éclair de court-circuit 8, sera considéré 55 comme un défaut en aval du point 4, et un défaut qui se produit sur la partie du réseau 1, sera considéré comme défaut amont.

Dans un réseau de transport de l'énergie électrique comme celui schématisé sur la figure 1, les Hommes de l'Art en cette matière, connaissent avec une assez bonne précision les impé-60 dances des lignes par rapport à un point de mesure. Dans le cas du réseau illustré, l'impédance de la ligne 2 par rapport au point 4 sera égale à ZA désignant l'impédance amont et représentée schématiquement sur la figure en 9. L'impédance de la ligne 3 sera décomposée en deux impédances, une première impédance 65 Z comprise entre le point de mesure 4 et le point de défaut 7 représentée schématiquement en 10, et une seconde impédance ZB comprise entre le point de défaut 7 et l'extrémité 5 de la ligne 3, illustrée schématiquement en 11.

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Comme il a été dit précédemment, la surveillance d'une ligne dans un réseau complexe nécessite un certain nombre d'appareils dont notamment un relais directionnel 12 qui dans celui illustré sur la figure 1 doit déterminer si un défaut se produisant quelque part dans sa structure, est en amont ou en aval du point de mesure 4.

Ce relais directionnel 12 est connecté aux jeux de barres par des transformateurs 13 et 14 de toutes nature qui délivrent aux entrées 15 et 16 des signaux électriques complexes généralement sous forme de signaux de tension qui sont des images de la tension et du courant de la ligne qui sont pris au niveau du point de mesure 4.

Les transformateurs 13 et 14 peuvent être de différentes structures comme par exemple des shunts ou des résistances potentiométriques mais qui, pour des raisons de valeur de tension et de courant à mesurer, sont constitués par des transformateurs de mesure à induction du type à self bobinée. Ainsi connecté au point 4 du réseau, le relais directionnel 12 doit délivrer à sa sortie 17 un signal à deux états, chaque état devant indiquer, quand un défaut s'est produit sur le réseau, si le défaut est en aval ou en amont du point 4.

La figure 2 représente un mode de réalisation d'un relais directionnel selon l'invention, qui permet de résoudre le problème de la détermination des défauts par rapport à un point origine dans tous types de structure de réseau de ligne de transport de l'énergie électrique alternative, que ces lignes soient compensées ou non par des condensateurs.

Le mode de réalisation du relais directionnel illustré sur la figure 2 comprend une borne d'entrée 15 qui reçoit un signal électrique image de la tension U de la ligne. Cette borne 15 est respectivement connectée à l'entrée 21 d'une mémoire 20 dont la sortie 22 est connectée à une première entrée 23 d'un diffé-renciateur 24 dont la seconde entrée 25 est reliée directement à la borne d'entrée 15 pour recevoir directement la valeur de la tension U de la ligne.

La mémoire 20 comporte une entrée de commande 26 qui permet d'une part, d'isoler la mémoire 20 de son entrée 21 et de lui conserver en mémoire, pendant un certain temps, la valeur du signal précédant l'ordre de commande, qui lui était appliqué à son entrée. Ce temps peut être d'une durée quelconque mais de préférence de l'ordre de deux à trois périodes du courant électrique alternatif parcourant la ligne à laquelle est reliée l'entrée 15. A titre d'exemple de réalisation cette mémoire peut être constituée par un oscillateur asservi en amplitude et en phase et donc en fréquence tel que représenté à la figure 7. Dans ce dernier cas, le signal de commande appliqué à l'entrée 26 de la mémoire 20 déconnecte l'entrée de l'oscillateur qui reçoit la tension qui est appliquée à l'entrée 15 et maintient les oscillateurs pendant le temps voulu, comme par exemple celui donné ci-dessus.

La mémoire représentée à la figure 7 comprend un circuit 101 de rectangularisation de la tension sinusoïdale prélévée au point de mesure 4 et appliquée à la borne d'entrée 21. Le signal rectangulaire issu du circuit 101 est appliqué à une entrée 105 d'un comparateur de phase 103 dont l'autre entrée 107 reçoit un signal rectangulaire à comparer. La sortie 109 du comparateur 103 est reliée à une ligne d'asservissement 110 pourvue d'un contact 111 normalement fermé (conducteur) et actionné à l'ouverture par un relais 113 sous l'action du signal de commande en provenance du détecteur de défaut 27 (Fig. 2) reçu sur la borne 26. La ligne d'asservissement 110 alimente la mémoire formée de la résistance 121 et du condensateur 123 qui détermine la tension de commande appliquée à l'entrée 117 d'un oscillateur commandé par une tension VCO 115. Le signal rectangulaire est transformé par un circuit de mise en forme 125 qui délivre une tension sinusoïdale à sa sortie 127 dont la fréquence et la phase sont déterminées par l'oscillateur 115. Cette tension est appliquée à l'entrée 131 d'un amplificateur à gain variable 130, d'une part, et après rectangularisation par le circuit 129, à l'entrée 107 du comparateur de phase 103 d'autre part. Ce dernier assure donc par l'intermédiare de la ligne 110 l'asservissement en phase et en fréquence de la tension sinusoï-5 dale présente sur la sortie 127 àia tension reçue sur la borne 21.

La sortie 133 de l'amplificateur à gain variable 130 est reliée d'une part à la sortie S de la mémoire décrite et, d'autre part à une entrée 135 d'un comparateur d'amplitude 136 dont l'autre entrée 137 reçoit la tension d'entrée sur la borne 21.

io La sortie 138 de ce comparateur d'amplitude est reliée par la diode 139 et la ligne d'asservissement 140 à la mémoire R 142, C143 qui commande l'entrée de commande de gain 134 de l'amplificateur 130. Un interrupteur 141 normalement fermé et commandé par le relais 113 est interposé sur la ligne d'asservis-15 sement de tension 140.

Le signal présent en S est normalement asservi à la tension d'entrée reçue par la borne 21, en phase et en fréquence, d'une part, par la ligne 110, et en amplitude d'autre part, par la ligne 140.

20 Si un défaut survient qui provoque l'excitation de l'entrée 26, le relais commande l'ouverture des interrupteurs 111 et 141 interromptant ainsi les deux chaînes d'asservissement du signal sur sa sortie S. Ce signal continue d'être délivré par l'oscillateur 115, le circuit 125 et l'amplificateur 130, avec la fréquence, la 25 phase et l'amplitude qu'avait la tension d'entrée au moment du défaut.

Le signal de commande de cette mémoire 20 peut être fourni par un détecteur de défaut 27 qui détecte la présence d'un défaut sur le réseau. Ce genre de détection de défaut peut être 30 conforme à celui que commercialise la titulaire sous le sigle PDS et connue sous le nom de Relais à mesure d'impédance qui élabore un signal de sortie en fonction de la valeur de la tension et du courant de la ligne à laquelle il est relié. Le principe de ce relais est décrit par exemple dans le rapport No. 3108 présenté à 35 la Conférence Internationale des Grands Réseaux Electriques à haute tension (CIGRE) 112, Boulevard Haussman à PARIS lors de la session des 10-20 Juin 1968 par MM. L. Mouton et M. Souillard et dans le Brevet US 3 369 156.

La seconde borne d'entrée 16 du relais directionnel reçoit 40 un signal de tension par exemple qui est l'image du courant de la ligne surveillée. Cette borne d'entrée 16 est reliée à une première entrée 28 d'une seconde mémoire 29 dont la sortie 30 est reliée à une première entrée 31 d'un second différenciateur 32. La deuxième entrée 33 de ce différenciateur 32 est reliée direc-45 tement à la seconde borne d'entrée 16. La seconde mémoire 29 a la même fonction que la première mémoire 26 et peut donc être réalisée de la même façon. C'est pourquoi son entrée de commande 34 est aussi reliée à la sortie 35 du détecteur 27.

Dans un premier mode de réalisation, les deux sorties 36,37 50 respectivement des deux différenciateurs 24 et 32, pourraient être reliées directement aux deux entrées 38 et 39 d'un organe de comparaison 40 des deux signaux qui sont délivrés par les sorties de ces deux différenciateurs. Il sera explicité ci-après que cet organe de comparaison peut être constitué par un compara-55 teur de phase.

La sortie de cet organe de comparaison 40 est relié à la sortie 17 du relais directionnel à travers un circuit de validation 41 dont l'entrée de commande de validation 42 est reliée à la sortie 35 du détecteur de défaut 27. Ce circuit peut être par 60 exemple une porte logique qui est fermée tant qu'un signal n'a pas été délivré à la sortie 35 du détecteur 27.

Le fonctionnement du dispositif tel que décrit ci-dessus, en se reportant aux courbes de la figure 3, est le suivant:

Tant que la partie du réseau surveillée n'est pas affectée par 65 un défaut, les deux mémoires 20 et 29 délivrent à leur sortie des signaux qui sont strictement identiques à ceux obtenus respectivement aux entrées 25 et 33. II s'en déduit donc que les sorties 36 et 37, respectivement des différenciateurs 24 et 32, ne dèli-

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vrent aucun signal. De plus, le détecteur de défaut n'ayant dé- Bien entendu, la sortie 37 de la mémoire 32 reste connectée tecté aucun défaut, le circuit de validation est bloqué et ne dèli- à l'entrée 39 du comparateur. Ainsi, dans cette réalisation, le vre donc aucun signal en 17. comparateur fonctionne de la même façon que précédemment

Par contre, quand un défaut se produit, le détecteur de dé- décrite mais il compare les arguments du signal U - Um - Zc faut délivre à sa sortie un signal qui isole les deux mémoires 20 s (I - Im) et du signal I - Im.

et 29 qui délivrent alors à leur sortie respectivement des signaux Le choix de l'impédance de compensation peut avoir de

Um et Im (3A, 3B), qui sont des signaux identiques en phase et l'importance pour obtenir à la fois une sensibilité suffisante et en amplitude aux signaux UAD et IAD, qui étaient appliqués une bonne sélectivité.

respectivement aux entrées des mémoires avant l'apparition du La titulaire a constaté que, de préférence, cette impédance défaut. Sur la figure 3, les courbes Um et Im sont représentées en io de compensation Zc devait être comprise entre deux limites Zc pointillés et identiques à celles et 1^ qui étaient appliquées min. et Zc max.

avant le défaut qui a été supposé produit à l'instant td. L'instant Pour la première limite, il faut que Zc min. multipliée par I -

de déclenchement du relais directionnel produit par le signal du Im donne une tension suffisante pour la sensibilité du compara-

détecteur de défaut est défini par l'instant tc ayant un léger teur, notamment de phase.

retard ATj sur l'instant tb de déclenchement du détecteur de « Tandis que pour la seconde valeur limite, il faut que Zc max.

défaut qui lui aussi a un léger temps de retard AT2 par rapport à soit inférieure à Z + ZB c'est-à-dire l'impédance de la ligne ZL l'instant td auquel s'est réellement produit le défaut. Néanmoins, en aval du point de mesure. Cette impédance ZL de la ligne est les mémoires ont une constante de temps suffisante, par exem- connue et constante. Dans ce cas Zc pourra être égale à la moitié pie trois à quatre périodes du courant alternatif, pour être main- de cette impédance de la ligne ZL, pour obtenir à la fois une tenues en l'état et délivrer les deux signaux voulus définis ci- 20 bonne sensibilité en cas de défaut en aval et une bonne marge de dessus. sécurité pour un défaut en amont et cela, même dans les condi-

Ainsi, après un laps de temps relativement court, après l'ap- tions de défaut les plus sévères c'est-à-dire dans le cas d'un parition du défaut, les deux différenciateurs 24 et 32 délivrent défaut en amont à proximité du point de mesure ou alors dans le en continu à leur sortie respective des signaux complexes repré- cas d'un défaut en aval à l'extrémité de la ligne la plus éloignée sentant les différences U - Um et I - Im, U et I étant les signaux 25 du point de mesure.

de la tension et dou courant après l'apparition du défaut. Pour avoir une bonne garantie de sélectivité en cas de défaut

Le comparateur 40 recevant ces deux différences respective- en amont du point de mesure 4, il est indispensable que l'impé-

ment sur ses deux entrées compare les arguments de ces deux dance de compensation Zc soit toujours nettement inférieure à

différences. De tels comparateurs sont classiques, voir par l'impédance totale de la ligne plus l'impédance de source com-

exemple le rapport CIGRE No. 3108 précité et le brevet fran- 30 prise entre le point 4 et le point 6. Si la source raccordée à

çais 1 477 510 demandé le 25 Janvier 1966. Cette comparaison l'extrémité lointaine de ligne est très puissante, son impédance peut, par exemple, s'effectuer de la façon suivante: il peut être devient négligeable devant celle de la ligne et l'impédance totale effectué la différence des arguments des signaux U—Um et I — Im se réduit à celle de la ligne ZL. Si la ligne peut être compensée et en comparant ce résultat par rapport à une phase de référence par un condensateur série son impédance résultante Zlc sera prédéterminée en fonction de la configuration du réseau à sur- 35 réduite et plus faible que ZL puisque:

veiller. Cette dernière comparaison peut s'effecteur de façon très simple en déterminant si l'argument de la différence des ZLC = RL + JXL - JXc deux signaux U - Um et I - Im est en avance ou en retard par rapport à la phase de référence. Ces deux états seront repré- XL et Xc étant respectivement la réactance de la ligne et la sentés à la sortie du comparateur par deux signaux de valeur 40 capacitance du condensateur à la fréquence fondamentale du différente, chacune étant représentative des valeurs, respective- réseau. On choisira donc généralement une valeur de Zc peu ment soit d'un défaut en amont, soit d'un défaut en aval du point différente de V2 ZLC même dans ce cas.

de mesure. Il est à remarquer que la comparaison des modules Le comparateur de phase effectue une différence des argu-

des signaux U - Um et I - Im n'est absolument pas nécessaire ments des signaux U - Um et I - Im. Il est rappelé que des dans ce mode de réalisation. 45 défauts sur des lignes peuvent avoir lieu entre phases ou alors

Enfin, les signaux (courbe D, figure 3) obtenus à la sortie du entre phases et terre par exemple. Il faut donc considérer tous comparateur de phase seront validés à travers le circuit de vali- 065 cas défaut et ainsi> à un point de mesure, seront placés dation 41 qui sera ouvert par le signal délivré par le détecteur de Plusieurs relais directionnels qui surveilleront les diverses possi-

défaut 27 (courbe C figure 3) bilités de défaut, soit entre phases, soit entre phases et terre.

50 Généralement, l'expérience montre que, pour les défauts

Dans ce mode de réalisation seuls sont intervenus les para- entre phases, l'amplitude du courant de défaut est très grande mètres arguments des grandeurs complexes de U — Um et I—Im. paj rapport à celle du courant de la ligne sans défaut, c'est-à-Par contre, le module peut quand même intervenir dans la sensi- <jire au courant de charge bilité d un tel relais directionnel. Dans certains cas de module Dans ces conditions, le mode de réalisation du relais direc-

trop faible il est intéressant de faire intervenir la grandeur des 55 tionnel selon l'invention peut comprendre un comparateur de modules de ces grandeurs complexes U - Um et Iu - Im à compa- phases effectuant la comparaison de la phase du signal U - Um rer pour éliminer les cas limites dits de «ZONE MORTE», ainsi obtenue à la sortie de la mémoire avec la phase du courant I

qu'il est expliqué dans le brevet US-3 651 377 délivré le 21 après l'établissement du défaut.

mars 1972 par exemple. Ainsi, le relais directionnel peut être réalisé sans nécessiter

Aussi, dans ce cas, ce relais directionnel comprend en outre 60 une mémoire du courant de charge comme la mémoire 29 du comme représenté sur la figure 2 intercalé entre la sortie 36 et mode de réalisation selon la figure 2.

l'entrée 38 du comparateur, un différenciateur 43 recevant sur La figure 4 représente un mode de réalisation illustrant cette sa première entrée 44 la différence U - Um et sur sa seconde caractéristique avec celle de la compensation par une impédance entrée 45 le signal délivré à la sortie 37 de la mémoire 32 à locale comme l'impédance Zc.

travers un multiplicateur d'impédance 46 qui multiplie la diffé- 65 Le relais directionnel selon la figure 4, comprend une mé-

rence I - Im avec une impédance de compensation Zc qui peut moire 420 reliée par sa première entrée 421 à la borne d'entrée

être une réactance ou une mutuelle inductance, c'est-à-dire 15. La sortie 422 de cette mémoire 420 est reliée à une première deux bobinages couplés par un noyau de fer doux. entrée 444 d'un différenciateur 443. La seconde entrée 445 de

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ce différenciateur 443 est reliée à la sortie d'un soustracteur 450. Ce soustracteur 450 a deux entrées 451 et 452 recevant respectivement d'une part la tension appliquée à l'entrée 15 et d'autre part une tension proportionnelle au courant I délivré par un multiplicateur 446 alimenté par un signal représentant la s valeur du courant I, cette tension délivrée par ce multiplicateur étant égale à la valeur de I multiplié par la valeur d'une impédance de compensation Zc comme celle définie précédemment.

Le relais comprend aussi, comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, d'une part un comparateur 440 dont io les entrées 438 et 439 sont respectivement connectées à la sortie du différenciateur 443 et à l'entrée 16, et d'autre part, un détecteur de défaut 427 dont la sortie 435 est connectée à l'entrée de commande 426 de la mémoire 430 et l'entrée de commande 442 d'un circuit de validation 441 dont la sortie constitue la sortie 17 15 du relais directionnel.

Le fonctionnement de ce relais illustré par cette figure 4 se déduit de celui illustré sur la figure 2.

Cependant, ce mode de réalisation dans son application à la surveillance entre phases, par exemple, peut être d'une réalisa- 20 tion plus simple surtout quant à la structure de la mémoire de la tension avant défaut. En effet, dans ce mode de surveillance, on peut utiliser une simple mémoire de phases sans qu'elle soit d'amplitude, c'est-à-dire qu'une mémoire délivrant des créneaux en phase avec celle de la tension sera suffisante, sans que 25 l'amplitude de ces créneaux ait une influence sur les résultats obtenus.

En effet, dans les réseaux classiques, les impédances sont essentiellement réactives, selfiques ou capacitives. Il s'ensuit que les tension U, ZCI, Um et (U - ZCI) - Um, peuvent être 30 toujours prises dans tous les cas comme pratiquement coli-néaires ou en quadrature avec le vecteur représentant le courant I.

Dans ces conditions, les informations qui sont utilisables dans le traitement des signaux dans le relais directionnel peu- 35 vent être des signaux logiques à deux états.

La figure 5 donne un exemple de réalisation d'un relais directionnel pouvant être utilisé dans les conditions mentionnées ci-dessus.

Tout d'abord, pour la simplification de la description le si- 40 gnal U - ZCI sera pris égal à Uc.

Ce relais directionnel illustré sur la figure 5 comprend une mémoire de phase 50 dont la borne d'entrée 51 est reliée à la borne 15 à laquelle est appliqué le signal image de la tension de la ligne, qui délivre à sa sortie 52 un signal de phase Um 0. Un 45 mode de réalisation possible d'une telle mémoire de phase est décrit dans le rapport No. 3402 pages 8 et 9 présenté par MM. SOUILLARD, SARQUIZ et MOUTON, à la conférence CI-GRE «International Conference on Large High Voltage Electric Systems, 112 Bd Haussmann 75008 PARIS, du 21 au 29 50 Août 1974. La sortie 52 est connectée à une première entrée 53 d'un comparateur de phases 54 dont la seconde entrée 55 est reliée à la borne d'entrée 16 du relais à laquelle est appliqué un signal image du courant de ligne. Ce comparateur délivre à sa sortie 56 un signal logique CP qui peut être dans un état logique 55 «I» quand la tension est en avance de phase de 90° sur le courant et dans un état logique «0» quand elle est en retard de 90°.

Le relais comprend en outre une mémoire d'amplitude 57 dont l'entrée 58 est reliée à la borne d'entrée 15. Cette mémoire d'amplitude, par exemple un détecteur de crête analogique ou 60 numérique, délivre à sa sortie 59 un signal représentant la valeur absolue de Um, c'est-à-dire le module de la tension de la ligne avant un défaut Um. La sortie 59 est connectée à l'entrée 61 d'un comparateur de module 60 pour comparer la valeur Um à la valeur représentant le module de la tension Uc c'est-à-dire IU - Zc 11. Le symbole 11 est utilisé pour représenter le module.

Le signal représentant Uc est appliqué à l'entrée 62 de ce comparateur 60. La sortie 63 de ce comparateur délivre un signal CM représentant la différence Uc - Um et qui peut prendre deux états logiques, c'est-à-dire état logique «1» quand le module de Uc est plus grand que le module de Um et état logique «0» dans le cas inverse.

Pour élaborer les signaux représentant Uc et I Uc I le relais directionnel comprend un multiplicateur 64 dont l'entrée 65 est reliée à la borne 16 recevant le signal image du courant de la ligne, pour obtenir à sa sortie un signal représentant le produit de I par une impédance de compensation locale Zc comprise dans le multiplicateur. La sortie 66 de ce multiplicateur 64 délivre un signal représentant IZC qui est appliqué à l'entrée 67 d'un soustracteur 68 dont l'autre entrée 69 est reliée à la borne 15. Ainsi, la sortie 70 de ce soustracteur délivre un signal représentant la différence U - ZCI c'est-à-dire Uc. Cette sortie 70 alimente l'entrée 71 d'une mémoire d'amplitude 72 qui délivre à sa sortie 73 un signal représentant la valeur du module de Uc c'est-à-dire I Uc I ou IU—ZCII pour alimenter l'entrée 62 du comparateur de module 60.

De plus, la sortie 70 du soustracteur 68 est aussi reliée à une première entrée 74 d'un comparateur de phases 75 dont l'autre entrée 76 est reliée à la sortie 52 de la mémoire de phases 50. La sortie 77 de ce comparateur de phase délivre un signal Ccm logique qui peut prendre deux états, l'état logique «1» quand les deux signaux Uc et Um sont en phase, ou l'état logique «0» si les deux signaux sont en opposition de phase.

Ainsi, les trois sorties 56,63,77 délivrent les signaux CP, CM et Ccm sont reliées respectivement aux trois entrées 78,79 et 80 d'un comparateur logique 81 délivrant à sa sortie 82 un signal CD. Ce comparateur 81 effectue une comparaison des trois signaux CP, CM et Ccm par application des opérations suivantes:

Cp (Ccm • CM) 4- Cp (Ccm • CM) — CD

La notation logique conventionnelle est utilisée avec les significations suivantes:

X = inverse du signal X •X.Y = Xet Y X + Y = XOUY

Cet exemple de réalisation d'un relais directionnel comprend le comparateur de phases 75 comparant la phase des signaux représentant Uc et Um 0. Mais, comme il a été dit précédemment, ces deux signaux sont en phase ou en opposition de phase, mais sont toujours en quadrature avec le signal représentant le courant I. Alors dans ce cas, le comparateur pourrait être aussi un comparateur de phase entre les signaux représentant Uc et I et alors le signal Ccm serait égal à (CP Cci + CP Cci) avec Ccl le signal qui serait obtenue à la sortie du comparateur de phase entre Uc et I qui prend la valeur 1 quand Uc est en avance sur I et la valeur 0 dans le cas contraire. Le comparateur logique 81 effectuerait donc dans ce dernier cas la comparaison des signaux CP, Ccm et Ca par application de la formule:

65

Cp (Cp.Cci + Cp.CCi) Cm + CP (CP.CCi + CP.Ca ) CM — CD

(II)

La figure 6 avec ses deux parties A et B, illustre un cas concret d'un défaut D aval par rapport à un point P sur une ligne compensée par un condensateur y et présentant une impédance Zs. Du fait de la présence du condensateur y la tension au point A présente ime surtension, ce qui entraîne que le module Uc est plus grand que le module de Um, mais par contre, les deux tensions sont en phase et en retard de 90° par rapport au vecteur courant les différents vecteurs Uc, Uœ et I sont représentés sur la figure 6 B. Dans les conditions définies ci-avant, les signaux CP, CM et Ce,, auront alors les valeurs logiques respectives «0»,

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« 1 » et « 1 ». Ces valeurs, reportées dans la formule de comparaison (I) donnera le résultat:

CD = 0.(13) + 1 (1.1) = 1

En définitive, CD ayant la valeur logique 1, détermine la présence d'un défaut en aval du point P, alors que tous les autres relais directionnels connus à ce jour auraient sûrement indiqué dans ce cas de défaut la présence d'un défaut amont.

Bien entendu, à ce relais directionnel selon la figure 5, doit être associé un détecteur de défaut 83 alimenté par ses deux entrées 84 et 85 respectivement par des signaux représentant U et I, et délivrant à sa sortie 86 un signal confirmant la présence d'un défaut sur le réseau. Cette sortie étant reliée par exemple suivant la technique adaptée aux entrées de commande de la mémoire 50, de la mémoire du module 57 de l'organe de com-paraision 81 et à la deuxième entrée 87 d'un circuit logique de validation 88 dont la seconde entrée 89 est reliée à la sortie 82 du comparateur 81.

Tous les modes de réalisation de relais directionnel qui ont été décrits ci-dessus permettent de donner de bons résultats dans tous les types de lignes à surveiller, mais surtout ils permettent de résoudre le problème qui se posait pour la surveillance des lignes compensées par condensateurs. En effet, ils constituent des relais qui donnent des informations directionelles correctes dans le cas des lignes compensées même quand le condensateur est placé en départ de ligne.

En effet, ces modes de réalisation peuvent résoudre ces problèmes car ils mesurent exclusivement l'impédance qui se trouve en amont par rapport au défaut et au point de mesure et que cette impédance en amont est constituée par des éléments sains du réseau, c'est-à-dire non affecté par un défaut, et qu'elle est toujours à dominante selfique même lorsqu'elle comprend un condensateur de compensation, car comme il a été dit, le taux de compensation ne dépasse généralement pas soixante dix pour cent.

En se reportant aux figures 1 et 3, les résultats obtenus peuvent s'expliquer comme indiqué ci-après:

et :

Id = JD

Za + Z + Zn

Zd + RD

ZA + Z + ZB (VI)

um = vD + ZIm = JD (ZD + Rd) + ZIm (VII)

et :U = IZ + JdRd = (ID + IJZ + JDRD (VIII)

Ces différents modes de réalisations qui on été décrits reviennent à étudier le rapport:

U-LL

10

15

I-L

20

notamment dans les comparateurs et plus particulièrement de phases.

Ainsi, quand un défaut se produit en aval du point de mesure 4 des relations précédentes, la différence U—Um est égale à IDZ — JD ZD.

En conséquence, le rapport:

U-Um u-u„

I-IiT

I

25

ld

= Z-^-ZD

lD

mais Z —— ZD en tenant compte des équations (V) et (VI) Id est égal à:

ZA + Z + ZB (ZA + Z) ZB

z-

zA + z + zB

ce qui fait que: —^2- = Z- (ZA 4- Z) = — ZA

c'est-à-dire que ce rapport est égal à une valeur négative de 35 l'impédance en amont en point 4.

Par contre, dans le cas d'un défaut en amont, le rapport

U-U„

par un calcul analogue montre qu'il est égal à

Il est tout d'abord exposé pour la clarté de la démonstration que:

VD est la tension au point de défaut D avant défaut,

Um la tension au point 4 avant défaut,

U la tension au point 4 lorsque le réseau est affecté par un défaut,

Im le courant de charge de la ligne avant défaut,

JD le courant réel dans le défaut 8,

ID la composante de courant de défaut «vue» au point de mesure 4,

ZD l'impédance résultante du réseau vue du point en défaut 7 ; Rd la résistance du défaut 8,

ZA l'impédance amont au point 4,

Z l'impédance de la ligne entre les points 4 et 7, et ZB l'impédance comprise entre le point 7 et l'extrémité 5 de la ligne 3.

Ce courant I total vu au point 4 après défaut est donc égal à: ID + Im = I (III)

Les relations fondamentales dans les lignes sont:

I-Im

40 Z + ZB c'est-à-dire en fait l'impédance en aval du point de mesure.

En conclusion, étant donné que dans le cas d'un défaut aval le résultat du rapport donne une valeur négative de l'impédance amont et dans celui du défaut amont la valeur de l'impédance

45 aval, et que ces impédances sont toujours connues pour des lignes à surveiller, il suffit de comparer les arguments de ces rapports complexes par rapport à un argument de référence prédéterminé pour déterminer un défaut amont ou un défaut aval.

50 Comme expliqué plus haut on peut souvent considérer que Im est petit devant I et le négliger. On peut également remplacer U par Uc = U — Zcl pour éliminer les cas de «zone mortes» de sorte que la détection de la direction du défaut revient à une comparaison des phases de Uc - Um et de I.

55 Si Uc - Um est en avance sur le courant I, le rapport com-, Uc-Um , .

plexe 1 est de signe positif et le défaut est en amont du point de mesure 4.

60 Si Uc—Um est en retard sur le courant I, le rapport

Uc-Um est négatif et le défaut est en aval.

Jn -

zn =

Vri

ZD + Rd

(ZA + Z)ZB Z.+Z+Zr,

(IV)

Dans les cas d'impédances purement réactives, on vérifie, par exemple à l'aide de graphiques du type présenté par la figure 65 6B, qu'on peut effectuer cette comparaison des phases en combinant des signaux logiques tels que Cp, CM et Ccm selon l'équa-(V) tion logique (I) ci-dessus pour obtenir une valeur de CD = 1 indiquant un défaut aval si Uc - Um est en retard sur le courant

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I (cas de la fig. 6B) et une valeur CD = o, indiquant un défaut amont, dans le cas contraire.

Une propriété remarquable des relais directionnels selon l'invention est l'élimination totale de l'influence du courant de charge et de la résistance de défaut qui pourraient altérer la qualité de la détection directionnelle des relais directionnels classiques connus jusqu'à présent.

Il est aussi à préciser que ces relais directionnels selon l'invention peuvent s'appliquer bien entendu à un système triphasé. Ces relais recevraient alors respectivement les grandeurs U, Um; I, Im dans toutes combinaisons homologues de tensions et de courants, telles que:

- grandeurs tension simple phase terre Uam déphasé: courant de phase la

— grandeurs tension entre phases Uab entre phases: courant composé (Ia-Ib)

- grandeurs de composantes composante directe des tension Ud directes : composante directe des courants Id.

5

Ou encore toutes autres combinaisons homologues en tensions et courants des grandeurs de phases ou des composants symétriques, directe, inverse et homopolaire.

10 Enfin, les modes de réalisations décrits ont été donnés à titre d'exemple et peuvent aussi bien utiliser des moyens de mesure analogiques et des circuits «mémoires» réalisés par des oscillateurs asservis, mais aussi des moyens de mesures numériques échantillonnées ; les «mémoires» seraient alors réalisées par l'é-15 quivalent d'une ligne à retard en utilisant un registre à glissement des valeurs numériques des échantillons de tension et courant précédent l'apparition du défaut.

C

5 feuilles dessins

Claims

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REVENDICATIONS 11. Relais selon la revendication 10, caractérisé en ce que

1. Procédé pour déterminer la direction d'un défaut sur une les quatrièmes moyens comprennent des moyens pour produire ligne de transport d'énergie électrique alternative par rapport à un signal résultant d'une comparaison des arguments de premier un point de mesure orienté sur ladite ligne, caractérisé en ce et second signaux de tension et des moyens fournissant un signal qu'on élabore un premier signal de tension, représentant une s résultant d'une comparaison des modules de ces premier et se-tension complexe au point de mesure après l'apparition d'un cond signaux de tension.

défaut, ce premier signal de tension contenant une information 12. Relais selon la revendication 10, caractérisé en ce que de phase, on élabore un second signal de tension, représentant les quatrièmes moyens comprennent des moyens pour produire une tension complexe au point de mesure avant l'apparition un premier signal binaire (CM) en réponse à une comparaison d'un défaut, ce second signal de tension contenant une informa- io des modules desdits premier et second signaux de tension, des tion de phase, on élabore au moins un premier signal de courant, moyens pour produire un deuxième signal binaire (Ccm) en réreprésentant le courant complexe au point de mesure après l'ap- ponse à une comparaison des arguments desdits premier et parition d'un défaut, ce signal de courant contenant une infor- deuxième signaux de tension, des moyens pour produire un troi-mation de phase, on compare, en vue de faire apparaître une sième signal binaire (Cp) en fonction dudit signal de courant, ces éventuelle inégalité, la phase d'une première fonction desdits is quatrièmes moyens étant agencés pour combiner lesdits pre-signaux de tension avec la phase d'une seconde fonction dudit mier, deuxième et troisième signaux binaires pour produire une premier signal de courant, au moins ces première et seconde indication de la direction du défaut.

fonctions étant telles que cette comparaison conduise à un résul- 13. Relais selon la revendication 12, caractérisé en ce que tat identique à celui auquel conduirait la comparaison de la lesdits moyens produisant le troisième signal binaire (Cp) sont phase de la différence du premier et du second signal de tension 20 agencés pour comparer les arguments dudit signal de courant et avec la phase de la différence dudit premier signal de courant et dudit second signal de tension.

d'un second signal de courant, représentant le courant complexe 14. Relais selon la revendication 13, caractérisé en ce que au point de mesure avant l'apparition du défaut, et on déduit la les quatrièmes moyens sont agencés pour combiner les premier,

direction du défaut du sens de l'inégalité des phases desdites deuxième et troisième siqnaux binaires pour produire un signal première et seconde fonctions de signaux. 25 selon la formule logique
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première fonction est constituée par la différence (U - CD = Cp (Ccm • CM) + (C^, • CM)

Um) desdits premier et second signaux de tension.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce CD indiquant si le défaut est en aval ou en amont du point de que ladite seconde fonction est constituée par ledit premier si- 30 mesure, CM, Ccm, Cp représentant respectivement lesdits pre-gnal de courant. mier, deuxième et troisième signaux binaires.
4. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite seconde fonction est constituée par la différence (I —

Im) desdits premier et second signaux de courant.
5. Procédé suivant l'une des revendications 1,3 et 4, carac- 35 La présente invention a pour objets un procédé pour déter-térisé en ce que ladite tension complexe au point de mesure miner la direction d'un défaut sur une ligne de transport d'éner-après l'apparition du défaut est une tension complexe com- gie électrique alternative et une relais pour la mise en œuvre de pensée. ce procédé.
6. Relais pour la mise en œuvre du procédé suivant la reven- Il faut tout d'abord rappeler qu'une ligne de transport de dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers 40 l'énergie électrique ne doit pas être prise seule en elle-même moyens pour élaborer un premier signal de tension, représen- mais dans l'ensemble d'un réseau complexe de lignes. Ainsi,

tant une tension complexe au point de mesure après l'apparition quand un défaut apparaît sur une ligne, les perturbations, qui d'un défaut, des seconds moyens pour élaborer un second signal sont créées par ce défaut, peuvent se répercuter le long du ré-

de tension, représentant une tension complexe au point de me- seau avec plus ou moins d'effet.

sure avant l'apparition d'un défaut, des troisièmes moyens pour 45 Pour pouvoir effectuer une surveillance correcte d'une ligne

élaborer au moins un premier signal de courant, représentant le dans un réseau, il est nécessaire de prendre des précautions courant complexe au point de mesure après l'apparition d'un particulières. Tout d'abord, toutes les lignes sont surveillées par défaut, et des quatrièmes moyens pour comparer la phase d'une des dispositifs connus sous la terminologie de «détecteurs de première fonction desdits signaux de tension avec la phase d'une défaut» qui donnent à leur sortie un signal quand apparaît un seconde fonction dudit premier signal de courant et produire un 50 défaut sur le réseau. Ces détecteurs, connus en eux-mêmes, sont signal indiquant si le défaut est en aval ou en amont du point de par exemple du type à mesure d'impédance. En plus, à chaque mesure. point de convergence des lignes sont connectés, de préférence,
7. Relais selon la revendication 6, caractérisé en ce que les des dispositifs qui permettent, en orientant les lignes par rapport premiers moyens comprennent un circuit pour former un terme à ce point de mesure, de déterminer si un défaut est en «amont» de compensation, circuit qui est pourvu d'un multiplicateur du 55 ou en «aval» de ce point. Donc si deux de ces dispositifs placés à courant (I) par une impédance (Zc) dont la valeur est sélection- chaque extrémité d'une ligne et orientés vers la ligne indiquent née pour être inférieure à l'impédance (ZL) de la ligne. un défaut «aval», ce dernier est sur la ligne. S'ils donnent à une
8. Relais selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que extrémité une information «amont», le défaut est extérieur à la les seconds moyens comprennent une mémoire de la tension ligne. Ces dispositifs sont connus sous le nom de relais direction-complexe avant l'apparition du défaut. 60 nels.
9. Relais selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en Les systèmes de surveillance comportent en outre des dispo-ce que les quatrièmes moyens comprennent un comparateur des sitifs de protection qui analysent «le défaut» et qui, en fonction arguments de la différence des premier et second signaux de des résultats de ces analyses, déconnectent la ligne de ses tension et du premier signal de courant. sources d'alimentation dans le but de protéger ces lignes contre
10. Relais selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce 65 toute dégradation qui pourrait se produire sur la ligne et même que les seconds moyens comprennent une mémoire de l'argu- entraîner sa destruction, du moins partiellement.

ment de la tension complexe avant l'apparition du défaut et une Ces dispositifs sont connus par les techniciens familiers avec mémoire du module de cette tension. cette technique sous le nom de «Relais de protection».

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De plus, il faut noter que des défauts sont rarement éphémères. En effet, si le défaut a été provoqué par un court-circuit dont la cause est due à un corps étranger, ce corps étranger a de fortes chances de maintenir le cour-circuit. Il est donc nécessaire dans ce cas de localiser le défaut, surtout pour des lignes de grande longueur afin que l'équipe spécialisée la plus proche du défaut puisse intervenir le plus rapidement possible et remettre la ligne en état. Il existe des dispositifs en parallèle au relais de protection qui, par analyse des différents signaux recueillis sur la ligne, permettent de déterminer la distance séparant le défaut d'un point de mesure. Ces derniers dispositifs sont eux connus sous le nom de localisateur de défaut.

Il existe actuellement des dispositifs qui permettent de donner de bons résultats dans la plupart des cas pour les différents besoins mentionnés ci-dessus.

Par contre, actuellement, il n'existe pas un relais directionnel donnant satisfaction dans le cas des lignes compensées par des condensateurs ; et même les relais existant actuellement peuvent donner dans certains conditions des résultats complètement erronés, en indiquant un défaut amont alors que le défaut réel est en aval.

Il faut tout d'abord rappeler que, pour accroître les puissances transistées dans les lignes, améliorer la stabilité des réseaux et utiliser des lignes de grande longueur, les lignes peuvent être compensées. Une telle compensation est généralement obtenue par une ou plusieurs batteries de condensateurs en série sur les lignes. Ces condensateurs peuvent être placés suivant les cas à différents points de la ligne. De toute façon, le taux global de compensation des lignes ainsi équipées avec des condensateurs, varie en moyenne de trente à soixante dix pour cent, ce qui fait que, de toute façon, l'impédance totale résultante des lignes compensées reste toujours à dominante selfique.

Ceci étant dit, et comme il a été indiqué ci-avant, la surveillance d'une ligne est toujours effectuée à partir d'un point d'une ligne, par rapport auquel est orientée cette ligne. Une ligne présente toujours, vue à partir de ce point, une certaine réac-tance qui est, avec une bonne approximation, proportionnelle à la longueur de la ligne vue de ce point. Quand un défaut se produit sur cette ligne, la distance séparant ce défaut du point de mesure sera une fonction linéaire de la réactance par unité de longueur de cette ligne. Dans le reste de la description, cette réactance totale de la portion de la ligne comprise entre le point de mesure et le défaut sera désignée par X.

L'étude de la valeur de cette réactance X par différents moyens permet de déterminer si un défaut est en aval ou en amont du point de mesure, par rapport auquel est prise la valeur de la réactance X. Les relais directionnels connus jusqu'à présent permettent dans tous les cas de définir la position d'un défaut en prenant comme paramètre d'analyse cette réactance X, sauf dans le cas où elle comprend une réactance X,. due à la valeur de la capacité d'un condensateur de compensation.

L'étude sommaire de quelques exemples de résultats donnés par les relais directionnels connus jusqu'à présent, démontre qu'ils ne donnent pas toujours de résultats cohérents dans le cas de lignes compensées par condensateurs.

Ainsi, si X - Xc est positif et que le défaut réel est en aval, le défaut vu est un défaut virtuel qui est en aval, mais beaucoup plus proche du point de mesure que n'est en réalité le défaut réel.

Si X - Xc est négatif, mais que Xj + X - Xc est positif avec Xs la réactance totale se trouvant en amont du point de mesure, le défaut réel étant toujours présumé en aval, un défaut virtuel est généralement vu dans ces conditions en amont de ce point de mesure. Ce résultat inverse de la réalité serait donné par exemple avec un relais directionnel de boucle en défaut sensible à l'argument de l'impédance mesurée par le rapport tension-courant. Par contre, un relais directionnel, dit à tension mémorisée ou alimenté par une tension saine en cas de défaut dissymétrique, donnerait bien une indication de défaut en aval.

Enfin, dans le cas où les deux quantités X - Xc et X,, + X -Xc sont toutes les deux négatives, le défaut serait vu en amont et 5 cela quels que soient les relais directionnels connus à ce jour comme par exemple les relais à mesure de distance, à impédance de boucle, à impédance totale ou à compensation de phase.

En résumé, comme un défaut peut se produire en n'importe quel point d'une ligne, il est impossible de savoir la valeur des io réactances mises en jeu et donc, de pouvoir conclure avec certitude si un défaut est en amont ou en aval d'un point de mesure.