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"DISPOSITIF POUR LA PROTECTION SELECTIVE D'ENROULEMENTS POUR- VUS DE POINTS NEUTRES ET BRANCHES EN PARALLELE SUR UNE LIGNE COMMUNE"
L'invention est relative à des dispositifs pour la protection sélective d'enroulements pourvus de points neutres et branchés en parallèle sur une ligne commune, dans le cas de défauts d'siolement survenant aux dits enroulements et de trou- bles de la symétrie des champs.
Il est connu de protéger des alternateurs contre un court-circuit entre spires ou la masse en reliant le point neutre de la génératrice à sa carcasse préalablement mise à la terre et en intercalant entre ce point de raccordement et le point neutre d'une bobine de réactance montée en étoile et raccordée au même réseau que la génératrice,
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un relais de déclenchement pour le disjoncteur de la généra- trice.
Lorsqu'il se produit, par exemple par suite d'un court- circuit entre spires de la génératrice, une dyssymétrie dans 'son champ magnétique, il circule entre les points neutres un courant et le relais fonctionne. Mais l'action de ce dispositif n'est pas sélective, puisque s'il est appliqué à plusieurs gé- nératrices travaillant sur un réseau commun ou des barres communes, et qu'il survienne une dyssymétrie sur l'une quel- conque des génératrices, il passera à la terre, par les relais correspondants, des courants de circulation non seulement dans la bobine de réactance de la machine intéressée, mais aussi dans celles des autres machines, de sorte que les relais de toutes les génératrices fonctionneront tous à la fois et que toutes les génératrices seront simultanément mises hors cir- cuit.
Le dispositif connu n'agirait sélectivement que si cha- que groupe constitué par une génératrice et une bobine de réactance était monté isolé individuellement. Afin de mettre, au cas d'une dyssymétrie se produisant sur una génératrice, les harmoniques trois circulant entré le point neutre de l'enrou- lement de la génératrice et celui de la bobine de réactance hors d'état d'actionner le relais, il a déjà été proposé d'em- ployer comme relais, un relais, wattmétrique influencé par le courant et la tension, dont la bobine de tension est alimentée par la tension composée de deux enroulements de la génératrice.
Cette tension ne possède aucune composante de l'harmonique trois de sorte que l'harmonique trois du courant du relais wattmé- trique est incapable de faire réagir ce relais. Or, puisque la phase du courant dû au défaut et celle de la tension de com- paraison choisie ne sont pas liées par une relation univoque donnée, le fonctionnement du relais ne peut, dans ce cas encore,
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être mis sous la dépendance de la direction du courantde dé- rangement, mais uniquement sous la dépendance de l'intensité de ce courant. C'est pourquoi ce dispositif ne convient pas, malgré l'emploi de relais wattmétriques, pour provoquer la mi- se en oeuvre de mesures de protection sélectives..
Suivant l' invention, on réalise un dispositif de pro- tection sélective pour des enroulements travaillant en parallè- le en branchant sur la ligne, en parallèle avec les enroule- ments à protéger, autant de transformateurs auxiliaires mono- phasés que le réseau comporte de phases, et cela de telle ma- nière que les enroulements primaires desdits transformateurs soient reliés par une de leurs extrémités pour former un point neutre, tandis que leurs autres extrémités libres sont connec- tées chacune à un fil de phase du réseau;
les enroulements secondaires de ces transformateurs sont d'autre part reliée en série, mais opposés les uns aux autres de telle manière que lorsque l'aaaition géométrique des vecteurs de tension des phases des enroulements primaires donne un polygone fermé, la tension résultante de la série des enroulements secondaires soit nulle.
En outre, le point neutre des enroulements pri- maires de ce groupe de transformateurs auxiliaires est réuni aux points neutres de tous les enroulements branchés en paral- lèle sur le réseau en un noeud, et clans les conducteurs reliant chaque point neutre d'un enroulement et le noeud ainsi formé, sont insérés finalement les enroulements d'intensité de relais wattmétriques dont les bobines de tension sont alimentées par la série des enroulements secondaires du groupe de transforma- teurs auxiliaires, chacun de ces relais-wattmétriques agissant en dépendance du sens du passage de l'énergie et étant affécté à celui des enroulements dans le raccordement au point neutre
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duquel est intercalée sa bobine'd'intensité.
Aux Figs. 1 et 2 du dessin annexé sont représentés schématiquement deux exemples d'exécution de l'objet de l'in- vention.
La Fig. 1 montre l'application de la protection sélective à un réseau triphasé en utilisant trois transformateurs auxi- liaires monophasés , tandis que la'Fig. 2 montre l'emploid'un transformateur triphasé avec quatrième noyau.
Aux deux exemples, a désigne le réseau ou les barres collectrices, sur lesquels sont branchés en parallèle les géné- ratrices ou les transformateurs b, c, etc..; e,f et g sont des transformateurs auxiliaires monophasés, dont les enroule- 'ments primaires sont rassemblés en un point d'enroulement neu- tre, qui est à son tour réuni aux points neutres des enroule- ments à protéger, pour former un noeud- de jonction. Aux trois transformateurs monophasés peut aussi être substitué, suivant la Fig. 2, un transformateur triphasé h possédant au moins une colonne magnétique supplémentaire qui détruit la liaison inductive entre les champs des autres colonnes.
Le point neutre àes enroulements primaires du transformateur auxiliaire et ceux des enroulements à protéger peuvent ou être raccordés à une barre neutre , ou être titis directement, à la terre. La barre neutre i peut également être'mise à la terre, comme le montre la Fig. 2 en pointillé.
Si l'on désire combiner avec cette protection en même temps la protection du réseau contre les courts-circuits à la terre, on peut intercaler simplement, d'une manière connue en elle-même, entre la barre neutre 1 et la terre une bobine d'ex- tinctin k (Fig. 2). Entre les points neutres des enroulements à protéger b, c, d, et le noeud de jonction commun aux enrou- lements primaires des transformateurs auxillaires e, f,g ou h.
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sont intercalées les bobines d'intensité des relais-wattmétri- quqs m,n et c.
Les bobines de tension de ces relais sont alimentées par la série formée par les enroulements secondai- res des transformateurs auxiliaires, qui dans le cas d'un ré- seau triphasé se disposé avantageusement en enroulement en triangle ouvert dont les bornes sont shuntées par un circuit de résonance p, r. pour les harmoniques trois; s, t et Il sont les électros de déclenchement pour les interrupteurs princi- paux v, w, z.
Le fonctionnement du système de protection sélectif est le suivant: Tant que les tensions des phases aux enrou- lements primaires des transformateurs auxiliaires sont d'égale grandeur, la tension résultante de la série des enroulements secondaires est nulle. Il en est ainsi lorsque les enrôlements à protéger sont exempts de défectuosités, car dans ce cas, le potentiel de la. barre neutre est égal au potentiel du point neutre du réseau.
Le point de jonction des enroulements pri- maires en question étant relié à la barre neutre, ce point de jonction possède également le potentiel du point neutre du réseau, et les tensions appliquées aux différents enroulements primaires sont par conséquent les tensions de phases d'un sys- tème ae tension symétrique, c'est-à-dire qu'elles sont égales entre elles. Si dans tous les transformateurs auxiliaires les nombres de spires des enroulements sont dans le même rapport, les enroulements .secondaires montés en opposition (ou en trian- gle) ont également la même tension.
Au système de tension sy- métrique, le déphasagede ces tensions les unes par rapport aux autres est tel que dans ce cas la tension résultante de la série est nulle.Mais cet état se trouve changé immédiatement dès que l'un des enroulements à protéger devient défectueux,
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par exemple si b présente un court-circuit entre spires.
Le court-circuit entre spires fait baisser la tension régnant aux bornes des enroulements de phase correspondants, de telle sorte que le potentiel de leur point neutre se rapproche du po- tent'iel de la borne extrême de l'enroulement de phase défec- tueux. Les enroulements intacts travaillant on parallèle avec l'enroulement défectueux ne présenteraient aucun déplacement du point de tension nulle si leur propre point neutre n'était ,pas relié au point neutre de l'enroulement avarié. Or, cette connexion provoque des courants de circulation entre les points neutres des enroulements intacts d'une part, et lepoint.' neu-' ,tre de l'enroulement avarié,d'autre part.
Le courant de circu- lation provoque aux enroulements intacts également un déplace- ment de la tension du point neutre et il en est de même dans le système des enroulements primaires des transformateurs auxiliai- res e, f, g, etc... Le déplacement du point neutre dans ce système est facilité par le fait que les circuits magnétiques
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des transfornteurs\auxiliaires ne 'sont pas liés inductive- ment entre eux. Les tensions aux différents enroulements pri- maires des transformateurs auxiliaires ne sont dès lors plus égales et il s'établit par conséquent aux enroulements secon- daires montés en opposition (ou en triangle) une tension dont l'angle de phase est détermirié par le sens du courant de cir- culation, et dépend par suite de la phase d'enroulement de l'enroulement avarié dans laquelle se trouve le défaut.
Si l'on compare alors les courants de circulation dans les fils de connexion entre les points neutres des enroulements et la barre neutre, on constate que le sens de ces courants est le même dans tous les fils de connexion partant des enroulements en bon état, tandis qu'au fil de connexion reliant l'enroulement avarié à la barre, l'intensité du courant de circulation est
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égale à la somme des courants de circulation précédents, et que sa direction est décalée de 180 par rapport à la direction de ces courants. C'est de là que résulte la possibilité de la protection sélective.
A cet effet, écorne l'indique le dessin, il est interca- lé dans chaque fil de connexion un relais wattmétrique m, n,o, dont la déviation var,ie suivant que le relais se trouve sur le fil de connexion del'enroulement avarié ou de l'enroulement intact. Comme tension de comparaison est choisie la tension de déplacement (appelée aussi composante monophasée) qui est me- surée par la tension de la série des enroulements secondaires des transformateurs auxiliaires. Sa phase est chaque fois dans une relation bien déterminée relativement à la phase du courant de circulation et de ce fait ce dispositif convient pour la protection sélective.
Puisque dans les fils de connexion des points neutres il se manifeste fréquement des harmoniques trois assez forte, il est utile de les empêcher d'agir sur le circuit de tension des relais wattmétriques en shuntant les bornes secondaires des transformateurs auxiliaires par un cir- cuit de résonance p,r accordé pour les harmoniques trois. Ces relais ne répondent par conséquent pas aux composantes de l'harmonique trois du courant. Si les relais doivent actionner des dispositifs de protection, il suffit de bloquer l'équipage wattmétrique dans le sens qui résulte de l'influence du sens du courant qui circule dans les fils de connexion reliant les enroulements intacts à la barre neutre, tandis que l'on laisse ledit équipage libre de dévier dans le sens opposé.
Il est facile de comprendre que le dispositif qui vient d'être dé- crit réagit à tous les dérangements troublant la symétrie des phases des enroulements, c'est-à-dire sur un court-circuit entre spires ou à la masse, mise à la terre et court-circuit direct,
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et rupture de conducteurs à l'intérieur même de l'enrôlement.
Par contre, il ne réagit pas à des défauts survenant dans le réseau (mise à la terre accidentelle d'un conducteur de phase du réseau). Pour une série d'enroulements, il suffit d'employer un seul transformateur de tension (ou un seul jeu de transfor- mateurs auxiliaires monophasés), qui ne soit pas affecté spécia- lement à un enroulement déterminé, mais qui fournisse la ten- sion pour l'ensemble des relais wattmétriques en présence.
Les flèches figurant aux dessins indiquent le sens du courant pour la position fermée des interrupteurs. La self- induction réduit le courant du transformateur auxiliaire et le point de tension nulle de l'enroulement avarié se trouve dé- placé. Le relais m. fonctionne et ferme le circuit d'excitation de l'électro-aimant de déclenchement s, lequel ouvre l'inter- rupteur v et coupe l'enroulement h d'avec le réseau. Le fonc- tionnement des relais wattmétriques dépend par conséquent du sens dans lequel ils sont traversés par l'énergie électrique, de sorte qu'ils séparent sélectivement du réseau ]'enroulement auquel ils sont affectés.
Au dispositif représenté à la Fig. 2, on imagine sans plus d'explication que la quatrième colonne du transformateur auxiliaire h puisse être munie d'un enroulement, auquel est alors prélevée la tension pour l'alimentation des bobines de tension des relais Wattmétriques, au lieu de l'emprunter à la série des enroulements secondaires des colonnes principales.
Les bobines d'intensité des relais Wattmétriques peuvent être excitées directement par les courants circulant dans les fils de connexion reliant les points neutres, ou bien indirectement par ces mêmes courants au moyen de shunts ou de transformateurs d'intensité. On peut s'arranger de telle façon qu'un appareil avertisseur fonctionne et signale 1'enroulement avarié dès que
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les relais wattmétriques réagissent. Les carcasses en fer des enroulements peuvent être reliées directement à la barre , ou être mises à la, terre.