Procédé de protection pour réseaux électriques comportant des câbles armés â plusieurs conducteurs. Dans l'application des câbles souterrains aux distributions de courants alternatifs simples ou polyphasés, on redoute générale ment la grande capacité électrostatique de ces câbles, qui peut donner lieu à des phé nomènes de résonance et à des surtensions dangereuses lorsqu'elle se trouve, fortuite ment au non, .associée avec la self-induction de certains appareils tels que transform'a- teu'rs, moteurs ou alternateurs.
Par contre, lorsque les câbles utilisés sont à plusieurs conducteurs enfermés sous une même ar mure de fer, soit qu'il s'agisse des deux con ducteurs d'une ligne monophasée, soit qu'il s'agisse de l'ensemble des conducteurs d'une ligne polyphasée, la self-inductance propre normale de ces câbles est très faible malgré la présence -de l'armure magnétique, et ne peut jouer un rôle sensible dans l'ap parition de phénomènes -de résonance et la production do surtensions.
Il en va tout autrement quand, par :suite de causes acci dentelles quelconques (mise à, la terre d'un des conducteurs du câble par exemple), les forces magnétomotrices des différents con- ducteurs. du câble ne .se font plus équilibre; la self-inductance acquise par un ou plu sieurs des conducteurs, peut alors devenir dangereuse.
Si l'on considère, par exemple, un câble arméï à quatre conducteurs, de i00 mm2 chacun, établi pour une distribution di phasée à<B>10,000</B> volts par phase environ, les dimensions d'un tel câble varient assez d'un constructeur à l'autre, mais on peut admet tre qu'il est ordinairement protégé par une enveloppe de .plomb et deux feuillards de fer de 0,8 mm d'épaisseur :chacun, enroulés sur un diamètre moyen d'environ 60 mm.
Si deux -des quatre conducteurs sont par courus par des courants égaux et de sens contraire, la self-inductance est de l'ordre de 0,0005 henry pour un câble d'un kilomètre -de longueur; mais si un seul des conduc teurs est :parcouru par un :courant qui re vient à la source par l'extérieur du c4ble, la self-inductance pour ce courant est de l'ordre de 0,02 henry, c'est-à-dire 40 fois plus grande.
On peut ainsi avoir, avec des câbles armés à conducteurs multiples, et sans qu'il soit nécessaire qu'interviennent d'autres ap pareils doués de self-induction, des effets de résonance très dangereux, qu'il s'agisse d'ailleurs de câbles pour courant alternatif simple ou pour, courants polyphasés.
Si l'on a par exemple deux câbles tels que celui défini plus haut, de 30 à 40 kilo mètres de longueur chacun, partant dans deux directions quelconques d'une usine -de courants alternatifs à 40 ou 50 périodes par seconde, la -capacité de chaque conducteur par rapport à la terre .étant de 0,2 microfarad par kilomètre, il .suffit & mettre à la terre l'une des extrémités des conducteurs pour faire résonner la fréquence fondamentale et provoquer des surtensions considérables sur les quatre conducteurs, au voisinage de l'u sine.
Les harmoniques résonnent évide ment pour deÉ longueurs beaucoup plus petites et, si le système est polyphasé, la condition de résonance est satisfaite, pour une fréquence quelconque, avec des lon gueurs de câbles encore moindres.
Il n'est même pas nécessaire d'avoir un système de plusieurs câbles; le calcul mon tre qu'un seul câble à deux -conducteurs, d'environ 50 à 60 kilomètres de longueur, dont. on met à la terre l'un des conducteurs par son extrémité opposée à l'usine, l'extré mité de l'autre conducteur restant isolée, est en résonance sur lui-même pour la fré quence courante de 40 à 50 périodes par se conde, .le conducteur à la terre agissant comme self-induction, le conducteur isolé comme capacitp en série avec. Un câble poly phasé entre en résonance pour une longueur moindre.
Le but de la présente invention est de parer à des accidents du genre de ceux aux quels il vient d'être fait, allusion, elle a pour objet un procédé de protection pour réseaux électriques comportant des câbles armés à plusieurs conducteurs dont les farces mà.- gnétomotrices se font.
normalement équilibre par rapport à l'armure magnétique du câble dont ils font ,partie, contre les .surtensions qui pourraient accompagner la rupture ac cidentelle de l'équilibre de ces forces ma- gnétomotrices, .caractérisé en ce que l'ar- @mure magnétique des câbles est entourée de -circuits électriques secondaires, ces cir cuits, de résistance choisie de manière que lesdites surtensions soient réduites à des valeurs non dangereuses, étant parcourus par des courants d'induction lorsque, acci dentellement,
des flux magnétiques varia bles notables sont produits dans l'armure magnétique.
Par l'application de ce procédé, an -peut s'opposer à l'augmentation de la .self- induc tion apparente des conducteurs qui tend à se produire si, par suite d'une avarie ou d'une perturbation do nature quelconque, d'équilibre .de leurs forces magnétomotrices est détruit;
par ce procédé on peut réaliser en outre, ,simultaném,ent, clans les cas de per turbations envisagés, une augmentation ap parente de le résistance des conducteurs, ce qui empêche de se produire ou amortit des oscillations qui s'ensuivraient. de ces per turbations et empêche, ou tout au moins li mite, les surtensions que celles-ci ten draient à. produire.
En effet, les cou rants engendrés dans les circuits élec triques secondaires réagissent à leur tour sur les conducteurs des câbles, dans les quels ils enduisent des forces électromotrices; la composante en quadrature avec le cou rant primaire qui développe le flux est de sens contraire à la force électromotrice de self-induction et, par conséquent, réduit la valeur apparente de la self-induction et peut ainsi empêcher la condition de résonance de se réaliser; la composante en phase avec le courant correspond à une augmentation apparente de la résistance clos conducteurs et produit par conséquent, un amortisse ment -de toute oscillation libre dont le con- ,ducteur en question pourrait devenir le siège, ou empêche une talle oscillation d'a voir lieu.
Les deux effets que l'on peut distinguer dans la mise en oeuvre du susdit procédé sont, comme on le voit, simultanés et in séparables. On peut d'ailleurs modifier leur importance relative en agissant sur la ré sistance des circuits secondair es. Si l'on veut surtout, dans un réseau, éviter la réalisation des conditions de résonance, on s'attachera uniquement à réduire la self-induction en donnant à la =résistance secondaire une faible valeur.
Mais on peut aussi, n'ayant pas à craindre la résonance, se proposer de réduire les surtensions dues aux oscillations libres, et, dans ce cas, donner à la résistance la valeur qui procure le maximum d'amor tissement de :ces oscillations libres.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, des parties :de plusieurs installa tions dans lesquelles a été employé le pro cédé suivant l'invention.
Suivant la fig. 7., la gaine de plomb A, qui protège le câble contre l'humidité, est utilisée comme partie du circuit secondaire, lequel est formé par un conducteur B exté rieur au .câble et relié électriquement aux extrémités C et D de la gaine de plomb de de chaque tronçon de :câble. Le conduc teur peut être de nature quelconque, il suf fit que sa résistance soit convenable.
Suivant .la fig. \', chaque extrémité C et <I>D</I> de la gaine de plomb<I>A</I> de chaque tron çon est reliée à la terre C, par une résis tance convenable; il faut évidemment dans ce cas réaliser ce qu'on appelle de "bonnes terres"; :c'est-à-dire des terres présentant une résistance assez petite et pratiquement cons tante.
Les deux formes d'exécution d'après les fil-m. 1 et 2 sont applicables aux installations existantes sans enlever les câbles de terre, ce qui peut .les faire préférer parfois. Lors qu'au contraire il s'agit d'installations nou velles à réaliser, il peut être préférable de modifier l'exécution de la fig. i en enrou lant le conducteur extérieur B sur le câble, après l'armure de fer I' et avant le recouvre ment de tresse, ruban ou jute goudronné G de manière à protéger :ce conducteur comme le montre l'exécution suivant la fig. 3. Le conducteur B peut être constitué par des fils ou rubans de cuivre ou autre métal appro prié.
Dans le cas où plusieurs -câbles armés à .conducteurs multiples sont à établir ou sont établis parallèlement dans une même tranchée, soit qu'ils aient à fonctionner si multanément, soit que certains d'entre eux servent de rechange ou de secours aux au tres, on peut faire des économies impoi= tantes sur l'amènagement des dispositions prévues selon le procédé qui fait l'objet de l'invention.
Que tous ,les câbles fonctionnent ou non simultanément, on peut, dans ce cas, se contenter d'installer un seul conduc teur extérieur, tel que le conducteur B de: la fig. 1, commun â tous les câbles, en réunis sant les plombs .de protection de ceux-ci en parallèle entre eux et avec le conducteur ex térieur.
Au lieu d'appliquer à chaque tronçon des câbles les dispositions que l'on vient de<B>dé-</B> crire, on peut les appliquer à des ensembles comprenant chacun plusieurs tronçons suc cessifs, en reliant électriquement dans .cha que ensemble les plombs de ces tronçons successifs d'un même .câble entre eux et en connectant électriquement les extrémités des plombs du ,premier et du :dernier de ces tronçons entre elles au moyen d'unl con ducteur extérieur conformément à l'une des dispositions indiquées, pour constituer un circuit secondaire fermé, à l'intérieur du quel passe l'armure magnétique du câble.
Si l'on ne veut pas utiliser le plomb du câble comme portion du circuit secondaire, on peut, avant l'enroulement ou pendant l'enroulement de l'armure magnétique, enve lopper chaque élément (feuillards, fils etc.j constituant cette armure d'une :couche plus conductrice d'épaisseur convenable. La fig. 4 montre en section une partie d'un câble dans lequel le procédé a été appliqué sous la forme susdite. Dans cette figure.
B indi que la, -couche conductrice, qui peut être de cuivre, déposée électrolytiquement ou au trement, sur le corps de fer F formé par une bande et constituant l'armure, avant son enroulement sur le câble. Ce peut être aussi une bande métallique mince, enroulée sur chacun des éléments constituant l'ar mure, soit avant, soit pendant l'enroulement de celle-ci. .
I.1 a été dit que la résistance des circuits électriques secondaires devait être convena blement choisie. C'est qu'en ,effet, suivant les circonstances, on peut avoir intérêt à faire cette résistance plus ou moins grande; si elle est petite, on diminue beaucoup la self-inductance ,apparente du conducteur du câble, mais on augmente peu sa résis tance: si elle est très :grande, on n'agit ni sur la self-inductance, ni sur la résistance du conducteur; pour une certaine valeur de la résistance du .circuit secondaire, la résis tance fictive du conducteur passe par un maximum.
Il faut donc déterminer la résistance du circuit secondaire d'après les circonstances d'application, c'est-à-dire d'après la. compo sition du système susceptible d'être réalisé clans les cas de perturbations en ayant tou jours en vue l'unique résultat désiré: la ré duction aussi grande que possible de la surtension provenant. de cette perturbation. On peut même dans certains cas être appelé à faire varier cette résistance, si le réseau change d'étendue, par exemple. On peut en fin constituer cette résistance même nar du fil de fer pour profiter de la variation de ré sistance avec la fréquence.
Il va de soi que lorsque la résistance du circuit secondaire doit être aussi petite que possible, on peut être conduit à supprimer complètement les résistances de mise à la terre clans l'exécution de la fig .2 . On peut même être conduit à renforcer le plomb, ou le doubler d'un conducteur de cuivre, dans les exécutions des fil-. 1, 2 et 3.