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:PERFECTIOJ\1Nlliillill.TS AH:;. DI-i' PRU±1cTii:lJ, Id0'.L'Eliürî¯;J '2 POUR 1B8 "":LHOlJ1J.%LU,TS DE TTACI3ITIFS ET dV 1ú"PAREILS ELgCTRIQÍJ '; à Il:1JUCT L'X"
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La présente invention vise des peit'e#i1oln:OEnonts aux appareils de protection, notamment pour les enroulements de rnacuines et d'appareils élec- triques à induction, par exemple do machines dynamo-eloctriques, do transforma- teurs, plus particulièrement de transformateurs du tope à onroul,ieuts protégés ou blindée ou non résonnants aux phénomènes transitoires résultant de décharges atmosphériques de surtensions, dues aux coupures, etc.
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L'invention offre un système de protection perfectionné pour installations électriques, pouvant être actionnées avec des enrouluments induc-
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tifs mis à la terre par l'intermédiaire d'une impédance désirée quelconque par rapport aux courants de la fréquence opératoire, sans soumettre les enroulements à des tensions execessives, au cours des phénomènes transitoires.
On compenra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en sa référant à la description suivante et aux dessins qui 1'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple, et dans lesquels :
Les Figures 1 à 6 inclusivment représentent schématiquement diverses réalisations de l'invention.
Les Figuras 7 à 10 inclusivement sont des courbes caractéristi- ques montrant avec diverses conditions de connexions, les distributions de ten- sion initiale, finale et Maximum dans un transformateur ordinaire ou dépourvu de blindage, soumis aux phénomènes transitoires.
La Figure 10 représente la bourbe de tension se présentant lorsque le transformateur est mis à la terre par des appareils conformes à l'in- vention Les Figures 11 à 14 inclusivement sont analogues aux Figures 7 à 10 respectivement, sauf qu'elles concernent un transformateur du type blindé ou non résonnant.
.la Figure 15 enfin, donne des courbes caractéristiques servant à l'explication de l'invention .
Dans les dernières années la technique a présenté une tendance à abandonner los points neutres isolés et à faire appel à dos pointa neutres mis franchement à la terre; suivant cette tendance se sont développés les transfor- mateurs à enroulements protégés ou non résonnants grâce auxquels une distribution meilleure de tension est assurée à travers les enroulements au cours de phénomè- nes transitoires'* 'De tels transformateurs, fonctionnent mieux dans des conditions transitoires lorsque le point neutre est franchement mis à la terre.
Avec la tendance croissante des lignes et réseaux électriques à l'intorconexion, le problème de la stabilité, en cas do défaute d'isolament par rapport à la terre, est devenu extrêmement important, car il ost très désirable que des machines synchrones demeurent au synchronisme' A cet effet, la tension doit être maintenue en cas de défaut d'Isolement par rapport à la terre.
Cela peut âtre réalisé d'une façon an limitent le passage du
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courant dans le point neutre vers la connexion de torr", par l'ii.saxrtion dans la liaison entre le point neutre et la terre,d'une in'I'0danco plus ou moins gran= de offerte au passage des courants accidentels de fréquence opératoire* en d'au-
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tres termes, le point neutre est isolé dans la mesure .-sirée pour de tels cou- rants de fréquence normale" Cela a aussi pour effet de réduire le service dos disjoncteurs de circuit.
En effet, aussi bien si la transformateur est dépourvu de ré- sonance que dans le cas contraire, dos perturbations à la fréquence opératoire n'entraînent pas de surtensions, mais des perturbations transitoires telles que des décharges atmosphérique des surtensions dues aux interruptions et ferme- tures, etc... entraînent une élévation transitoire dans la tension neutre, et de
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cette faqon'des boeillations dangereuses.
L'isolement à l'égard de toiles ten- sions est coûteux et fréquement inefficace.,
Ceci Posé, conformément à ia présente invention, on prévoit des moyens grâce auxquels, pour les courants de fréquence opératoire, il est
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possible d'isoler éconouiquemant le point neutre dans la mesure désirée;, sans sacrifier ni réduire la sécurité du transformateur vis-L-vis des torsions tran- sitoires.
On va tout d'abord expliquer l'invention en regard des Figures 7 à 14 inclusivement.
Dans ces figures, les abscisses représentent les distances pri-
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ses le long des enroulements représentés schématiquement aundassous des lignes horizontales, et les ordonnées représentent les tensions.
Les caractéristiques de distributions do'tensions transitoires Initiales, finale et maximum, dans les divers enroulamu-bs, sont représentées respectivement par les courbes en traits pleins désignées par I, les courbes en traits mixtes désignées par F, et les courbes en traits pointillés désignées par M
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Les Fibres 7 à 10 donnent des caract0r'Îstiquos de distribution de tension pour le transformateur à enroulements ordinaires ou dépourvu de pro- tection, tandis que les Figures 11 à 14 concernent les transformateurs à enrou-
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lements blindés, le blindage étant désigné par la ligne ,0.
Dans chaque cas, la tension due à un )[ll:bmène transitoire, appliquée à la borne de ligne ou à gauche sur l'enroulomuit du transrormateur 21, est supposée la même, c'est-à-dire égale à la longueur du l'axe des tensions, et
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les tensions sunt prises par rapport à la terre. Dans les figures, L désigne la borne de ligne, et N le point neutre.
Un circuit traverse un'état transitoire, si la distribution de la tension dans le circuit, à l'instant suivant immédiatement l'application brus- que de potentiel, est différente de la distribution finale qui s'établit après que le potentiel a été maintenu pendant une durée appréciable. L'état transitoire est ainsi celui de la transition de potentiels locaux, depuis leur s valeurs ini- tiales vers leurs valeurs finales.
Au coûta du phénomène transitoire, le potentiel d'un point quel- conque du circuit, par rapport à une borne quelconque de l'enroulement, varie d'une quantité égale à un multiple de la différence entre les valeurs initiales et finales, le taux de variation dépendant de la constante de temps du circuit.
Suivent la différence entre les valeurs initiales et finales ' de la tension en un point, sa tension, au cours de l'oscillation, peut s'élever ou ne pas s'élever au-dessus de la valeur de la tension appliquée aux bornes du circuit entier.
Des Figures 7-10, 12 et 13, il résulte que, pour les arrange- monte représentés, les valeurs maxima de la tension sur l'enroulement de trans- formateur 21 dépassent, en totalité ou en partie, les tensions finales, tandis que, sur les Figures 11 et 14 , les tensions maxima et finales sont semblables.
En re reportant de nouveau aux Figuras 7-la, 12 et 13, étant ' donné que les distributions de tensions initiales et finales sont différentes, on conçoit que la tension à travers 1'enroulement s'ajuste d'elle-même, de la valeur initiale à la valeur finale en passant par une oscillation complexe.
La ligne de la distribution de tension finale sert de ligna d'équilibre ou d'axe pour les oscillations dont l'amplitude en chaque point dé- pend de la différence entre les distributions de tensions initiales et finales.
Dans les transformateurs de puissance comportant des enroule-' monts dépourvus de blindage, la distribution de tension initiale produite par une onde mobile à front raide, est pratiquement la même, aussi bien si le point neutre est mis à la terra, comme dans la Figure 7, quo s'il est plus ou moins isolé, came dans les Figures 8,9 et 10. Cela se produit parce qu'au premier moment la tension se concentre sur l'extrémité de l'enroulement, voisine de la ligne.
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La chute de tension à travers une grande partie de 1'enroule- ment, au voisinage de 19 extrémité neutre, est une petite fraction de la tension appliquée totale. Il est évident que le fait quo le point neutre soit Jais à la terre ou en soit, isolé, ne présente pas une importance notable e ce qui con- cerne la distribution de tension initialee
La distribution de tension finale du transformateur avec le point neutre isolé, diffère notaolement de celle du transformateur avec la point neutre mis à la terre.
Cela résulte d'une comparaison des .figuras 8,9, 10 ,12 et 13 avec les figures , 11 et 14- En supposant que Inonde mobile soit unidiroctionnelle et ne soit que peu amortie, l'effet de cette onde sur le transformateur, après que son maximum a été atteint, est analogue au cas du courant continu, Celé- cons- titue la tonna d'onde la plus commune sur les lignes de transmission, comme résultat des décharges atmosphériques.
Avec de telles ondes,'notamment si elles sont à front raide, tous les points d'un enroulement isolé prennent finalement une tension supérieure au potentiel de terra;, égale à la tension appliquée, comme représente Figures 8 et 12.
S'il arrive que le point neutre soit misa à la terre par l'in- termédiare d'une impédance, la tension finale peut être inférieure à la tension appliquée, comme représenté sur les Figures 9, 10 et 13. Si le point neutre d'un enroulement est mis franchement à la terre, la tension ifale de divers points est proportionnelle aux spires entre ces points et le point neutre;, comme repré- senté Figures 7 et 11.
L'amplitude de l'onde transitoire moyenne duu aux coupures est d'environ moitié de celle do l'onde transitoire monenne due aux effets atmosphé- riques, mais la première onde transitoire est une oscillation amortie et elle produit des oscillations forcées ou cumulatives dans les enroulements -du trans- formateur.
En conséquence, l'amplitude des oscillations intérieures augmente avec chaque demi-période successime de l'onde transitoire duo aux coupures ou aux fermetures, et bien que sa tension à la borne d'entrée soit égale à la moitié de celle des perturbations atmosphériques, les tensions intérieures sont au moins doubles par rapport à la tension appliquée.
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Le rapport élevé entre la tension appliquée et la tension inté- rieure est le résultat de la résonance entre la fréquence de la surtension due aux coupures et vue quelconque ou plusieurs des fréquences naturelles du trans- formateur. Le résultat est que les valeurs absolues des contraintes intérieures produites'par une surtension moyenne atmosphérique et par une surtension transi- toire due aux coupures, sont à peu près égales.
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En observant la Figura 7, on voit qu'avec un transfoimatour ordi- naire à enroulements non protégés, ayant le point neutre N mis à la terre avec un bon contact, les tensions auxquelles est soumise une plus ou moins grande partie de l'enroulement 21, en cas de phénomènes transitoires, dépassent généralement la tension transitoire appliquée.
Avec l'enroulement de transfonnatour 21 protégé comme dans la Figure 11, et le point neutre mis à la terre, les distributions de tensions ini- tiale, finale et maximum sont les mêmes, et les, tensions sont proportionnelles au nombre des spires depuis le point neutre mis à la terre.
Si le point neutre N n'est pas mis à la-terre, comme dans les
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Figures f3 et 7.r dans ce cas la tension maximum dépasse notablement la tsnsion appliquée, et au point noutre, dans le cas du transformateur à enroulements non protégés, elle peut âtre double de la tension appliquée.
Lorsque le point neutre N est mise à la'terre, par une résistance ou une inductance 22, comme dans les Figures 9 et 13, dans ce cas, suivant son impédance, la tension maximum au point neutre dépasse généralement la tension ap-
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lîquée, bien que, dans 10 cas d'un point neutre complètement isolé, la tension maximum du point neutre sur le .tà<ansfoa>a%eur blindé soit inférieure à la tension correspondante sur le tra12sfo:rHlateur non blindé.
En. vue d'ezp2fitr les surtensions, notamment au point neutre, on à prévu une impédance! du point poutre 23, représentée schématiquement sur les
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Figures 10 et 14. Canfin1J1ement à l'invention, cette impédance est dimensionnée électriquement de façon que le potentiel, depuis le point neutre jU8c}.U'à la terre produit par une tension transitoire appliquée à la borne de ligne de l'enroulematt 21 et dépassant la tension normale de aetto-boàne par rapport à la terre, ne dé- passe que d'une certaine quantité detarminée la tension du point neutre à la fré- quence normale, en cas de mise à la terre de la ligne.
En examinant les Figures 10 et 14, on'voit que les tensions ma-
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xima, aotsmmeat pour lu point neutre, sont maintenues ù (if3s valeurs très inf("- rieures aux tensions obtenues'avec les arrangements représentes Fig. res 8. 9, 12 et 13, et dans le cas du transformateur blindé de la 'igure 14, les distribu- tions de tensions initiales, finale et maximum sont uniforms et sont maintenues à peu près pareilles, comme dans le transformateur blindé, on cas de mise directe à la terre*
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Dans ces conditions, avec un tl'al1SfOJ:'lI.E:
LúUr blindé et un dispo- sitif de mise à la terre conforme à l'invention, il es.1 possible de maintenir à une faible valeur les oscillations intérieures ainsi que la tension neutre, car l'impédance neutre conforme à l'invention ne gène pas le rôle assigne au blinda- ge.
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. Si un transformateur Lais à 1 terre pr l'intemiédiaire d'une résistance, est soumis à une onde mobile, il se produit deux pnénOlL.U0S transi- toires essentiellement différents. L'un est d'allure exponentielle' il est déter- miné par le transformateur agissant comme inductance pure, tendis que la résis- tance neutre et l'impédance de ligne par rapport aux surtensions, agissent comme résistances pures. L'autre phénomène transitoire est l'oscillation dans l'enrou-
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lement de transformateur qui comprend en réalité plusieurs inductancds et capaci- tances interconnectées.
Ceci posé, si Z est l'impédance de la lie do transi ssion par rapport à la surtension, LT l'inductance du transformateur;, et RN la résistance neutre, dans ce cas, à l'instant suivant immédiatement le choc de l'onde mobile, la tension entrera apparaît sur le transformateur, et la distribution initiale est la même que dans un transformateur franchement mis à la terre, comme représen- té par les courbes I dos Figures 7 et 9
Lorsque la tension appliquée E est maintenue indéfiniment par l'onde mobile, la tension finale appliquée au transformateur s'annule,
et la
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tension appliquée est divisée entre Z et l\i # on proportion de lours valeurs 1'8latîves- La tension finale appliquée à R est EN=EN/Z=RN La tensions transitoire à travers la résistance s'éleva de ma-
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nière exponentielle depuis zéro jusqu'à EN , avec un ta,.Q:
qui est une fonction de T
Z+RN En ce qui concerne l'oscillation intérieurs, on sait que, du
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fait que l'impédance des lignes de transmission par rapport à la surtension possède une grandeur de quolques centaines'd'ohms, son effet peut être négligé
Avec le point neutre isolé, les potentiels d'enroulements s'élè- vent sous l'influence d'une onde mobile au-dessus de la tension appliquée.
Le taux ou la proportion de cette élévation dépend des fréquences naturelles de l'enroulement. Le taux d'élévation est plus grand au point neutre qu'aux autres points de'1'enroulement*Lorsque le point neutre est mis à la terre à travers une résistance, le taux d'élévation de la tension neutre est une fonction de LT
Z+RN
Si ce taux est à peu près aussi élevé que pour le point neutre isolé, la présence de résistance n'a pratiquement aucun effet sur lestensions maxima à la terre créées par les oscillations à travers l'enroulement.
S'il est plus faible, la présence de la résistance tend à abais- ser ces tensions- L'effet de résistance est maximum au point neutre et au voi- sinage de l'extrémité des lignes, il est faible. Ainsi plus le phénomène tran- sitoire exponentiel est lant,pls le transformateur agit comme si son point neutre était mis à la terre*
Etant donné que la tension neutre finale ENrésultant du phéno- mène transitiore exponementile, es égale à: E EN/Z+RN il en résulit que, si Z possède une valeur d'environ 300 ohms, une tension appréciable peut fi- nalement apparaître au point neutro, si l'onde mobile est suffisamment longue.
Le pourcentage précis de EN qui est fourni par une onde déterminée dépend de' la longueur de l'onde et dela valeur de LT/Z+R. du phénomène transitoire,
Z+RN Ainsi, avec une longueur déterminée de l'onde, il est possible de limiter la' tension du point neutre à une fraction désirée quelconque de E , en choisis-.
N sant pour RN une valeur appropriée. Mais en agissant ainsi, la valeur do RN est susceptible d'être trop faible pour limiter le courant neutre à la valeur désirée, en cas de production d'un incident ligne vers terre-
Lorsque le transormateur est mis à la terre à travers une indue- tance, la distribution de la tension Initiale est la même que dans le cas d'un transformateur franchement mis à la terre , comme représenté par les courbes I sur les Figuras 7 et 9- .La tension finale RN au point neutre, pour une onde de longueur indéterminée , est donnée par'la formule :
EN=E LN LN +LT
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dans laquelle LN désira 1 inductance neutre.
Avec un transformateur déterminé, il eut facile de vuir que., plus l'inductance neutre est grande, plus la tension neatre finale l'est aussi.
Mais les valeurs sont inférieures à E LN L + L si la longueur d'onde de
LN + LT la tension appliquée est plus courte que la moitié de la période d'escillations du point neutre-
L'axe de l'oscillation intérieure du transformateur, pour la dis- tribution de tension finale, est une ligne droite reliait le potentiel de la bou ne de ligne au potentiel final EN du point neutre, comme représenté par F sur la Figure 9.
L'effet de transformateur de l'inductance L dépend du nombre des transformateurs dans une installation déterminée, qui sont soumis simultanément à une surtension- Lorsque les troias transformateurs sont soumis simultanément à une surtension, LT est l'inductance de court-circuit dos transformateurs'. S'il ar rive qu'un seul transformateur soit soumis à une impulsion, LT est l'indctace de circuit ouvert-
En'se reportant maintenant à la réalisation de l'invention re- présentée figure 1, un enroulement inductif 25 pouvant être un enroulement de génératrice ou de transformateur, ou analogue, est monté dans un circuit mono- phasé comprenant les conducteurs de ligne 26.Un point 27 de l'enroulement 25 est relié à la terre par 1 intermédiaire d'une capacité 28.
La réactance de la capacité 28 possède une valaur propre à assu- rer que, avec une tension transitoire appliquée à une borne de ligne de l'enrou- lement 25, l'élévation de tension du point 27 ne dépasse pas un pourcentage dé- terminé de la tension appliquée-
La distribution de tension primitive, le long do l'enroulement 25 est la même que dans un transformateur franchement mis à la terre tvoir Fig.7).
Si l'onde possède une longueur infinie, la tension finale au point 27 est égale à la tension appliquée
Avec une tension constante appliquée brusquement et maintenue à une borne du transformateur, la tension appliquée à la capactié commence à oscil. ler d'une manière analogue à ce qui se passerait si l'enraslemnt de transfor- mateur agissait comme une inductance pure.
La tension appliquée à la capacité commence avec zéro et oscille avec une amplitude égale à la tension appliquée autour d'an point d'équilibre
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dont la tension, par rapport à la terre, est égale à la tension appliquée.
En négligeant l'impédance de la ligne, aux surtensions, la fré- quence des cscillttions est donnée par la formule f= si CN. la capacité dans la liaison de terre, est grande par rapport à la capa- cité électrostatique du transformateur* En plus de cette oscillations, l'enrou- lement entier 25 oscillo : ses fréquenvces naturelles, courue précédemment expli- qué.
Conformément à l'invention, la capacité 26 est choisie sufissam- ment grande pour abaisser la fréquence f, de manière que la tension au point 27 au bout det microsecondes, s'élève seulement à un pourcentage déterminé de la tension appliquée.
Dans ce cas, l'oscillation intérieure est pratiquement égale à ce qu'elle serait si le point neutre 27 était mis franchement à la terre. Mais si une petite capacité est utilisée, dans ce cas la tension du point 27 atteint plus rapidement une valeur comparable à la tension appliquée, et l'oscillation du transformateur approche celle du transformateur avec point neutre isolé-
Les courbes des tensions maxima à la terre se produisant pondant t microsecondes, sont analogues en apparence à la courbe de la Figure 7 pour une capacité élevée, de la Figura 9 pour une capacité moyenne, de la Figure 8 pour une capacité faible- Pratiquement , la capacité CN dans la liaison de ter- re, peut titre choisie suffisamment grande pour la longueur d'onde maximum atten- due en exploitation,
de Lagon à limiter la tension au point 27 à un pourcentage désiré quelconque de la tension appliquée.
La Figure 15 montre la relation entre la tension maximum appli- quée à la capacité DN et le rapport de la durée de l'application de la tension à la.période naturelle 1 de l'enroulement de transformateur 25 et la capacité 28- Cette tension dépend non seulement de ce rapport, mais aussi de la forme de l'onde de la tension ap[liquée; par exemple, la courbe A concerne une onde rec- tangulaire, tandis que la courbe B concerne une onde triangulaire.
En conséquence, il est possible, conformément à l'invention, do choisir convenbblement l'impédance de mise de terre pour que le transformateur fonctionne, sous une excitation par onde mobile définie, comme s'il était réel- lement mis à la terre avec bon contact.
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Au lieu de mettre à la terre le point au du l'enroulement de transformateur 25, par l'intermédiaire d'une capacité, un peut le mettre à la terre par un montage ou un équipement comprenant un éclateur 29, uno résistance 30, ou les deux. L'éclateur 29 peut être d'un type convenable quelconque, mais on utilise avantageusement un éclateur à vide comprenant des électrodes froides, et dans lequel l'ionisation ne joue aucun rôle dans la rupture.
L'éclateur 29 est réglé pour être traversé par un arc à la ten- sion désirée, qui ne doit pas être dépassée, et est en outre réglé de façon à en pécher le maintien d'un arc de puissance avec les tensions de fréquences prévues
La résistance 30 peut être de type quelconque mais doit être dé- pourvue d'effet inductif notable. Pour cette résistance, il est avantageux de prendre un élément en matière spéciale possédant une caractéristiques de courant négative, sans temporisation..
Une telle résistance permet le passage du courants transitoires à haute tension, en offrant néanmoins une résistance trans élevée au courant de fréquence opératoire, de manière à faciliter l'extinction do l'arc dans l'écla- teur 29 lorsque la résistance et l'éclateur sont tous deux utilisés L'équipe- ment de la Figure 2 est particulièrement avantageux pour les phénomènes transi- toires à grandes longueurs d'ondes.
Avec une capacité seule dans la liaison de terre, lus dimensions, et en conséquence le prix du condensateur, sont déterminés par la longueur de l'onde mobile pour laquelle la dispositif doit être prévu- En effet, la fréquen- ce du point 27 doit être d'autant plus faible que l'ondu est plus longue, pour maintenir la tension du point au-dussous d'une valeur déterminée. comme repré- senté Figure 15, et en conséquence, la capacité du condenateur peut être ran- due d'autant plus grande- En outre, en raison de la possibilité do résonance de l'inductance du rransformateur et de la capacité de la liaison de terre à la fréquence f,des courants intenses peuvent passer dans la capacité C A cause
N.
de cette possibilité d'un circuit résonnant en série, la tension appliquée à la capacité 28 peut atteindre des valeurs dépassant celles pour lesquelles le point 27 du transformateur est isolé.
Etant donné que'l'équipement de la Figuru est particulièrement applicable au cas des ondes longues, il peut être combis avuc cela de la Fig.l, pour éliminer de telles possibilités.
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L'équipement- de la Figure 3 comprend un ensemble combiné disposé dans la connexion du point neutre à la terre d'un transormateur polyphasé com- portant des enroulements 21 montés dans un circuit polyphasé comportant des con- ducteurs 31.
Par "transformateur polyphasé", on désigne, soit un transforma- tour polyphasé proprement dit, soit un groupe de transformateurs monophasés en liaison polyphasée. Le transformateur de la pigura 3 est établi avec ses enrou- lements munis d'écrans 20, mais l'invention.n'est pas limitée à un tel système, et le transformateur peut être du type courant comportent des enroulements non protégés.
Dans la connexion à la terre, venant du point neutre N, est mon- tée la capacité 28 et, avec celle-ci, est reliée en parallèle la résistance 30 en série avec l'éclateur 29, au un seul de ces éléments. Avec un tel système, pour des courants de fréquence opératoire, le point neutre N est pratiquement isolé- La capacité 28 possède une valeur propre à empêcher l'élévation de ten- sion du point neutre au-dessus de la valeur désirée, pour les longueurs d'ondes transitoires, jusqu'à une certaine longueur déterminée.
La valeur de la capacité 28 peut être telle que la fatigue due à la tension transitoire au point neutre ne dépasse pas la fatigue créée par l'essai spécifié à haute tension à la fré- quence opératoire. pour des longueurs d'ondes plus grandes que celles pour lesquel- les est choisie la capacité 28, c'est-à-dire après qu'elle a été chargée, et aussi pour le cas do résonance en série, enfin pour toutes circonstances suschpl tibles d'élever la tension appliquée à la capacité 28 au-dessus de la valeur dé- sirée, l'éclateur 29 fonctionne, et la résistance 30 fait face à la décharge transitoire.
; Bien qu'on ait représenté l'éclateur 29 et la résistance 30 re- liés en dérivation sur la capacité 28, on peut utiliser seulement l'un de ces dispositifs. Si c'est l'éclateur qui est seul utilisé, sa caréctiristique doit être de nature à mepêcher un passage destructeur de courants de puissance ayant la fréquence opératoire. Si c'est la résistance 30 qui ost utilisée seule, alla doit posséder de préférence une caractéristiques négative, comme précédemment dé- crit, de sorte qu'elle présente une résistance élevée aux courants de-puissance et \:!ne résistance très faible aux décharges transitoires à haute tans ion.
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Avec l'équipement représenté Figrues 1,2 et 3, on comprend que le point 27, ou la point neutre du transformateur, est pratiquement isolé pour les courants de fréquence opératoire. Si on désire que le point neutre N ne soit pas complètement isolé, mais mis à la terre par 1'intermédiaire d'une impédance limitant les courants de fréquence opératoire dans le cas d'un défaut d'isole- ment de ligne à terre d'importance déterminée,on peut faire appel à une induc- tance 33 représentée Figure 4, ou à Iule résistance, comme représenté Figure 5-
En parallèle avec l'un quelconque de ces éléments, on peut uti- liser, soit l'éclateur 29 et la résistance 30, soit les daux.
Si l'éclateur 29 est supprimé, la résistance est de préférence à caractéristique négative. Si l'intervalle 29 est prévu, ses caractéristiques doivent être de nature à empoê- cher le passage destructeur de courants de puissance de fréquence opératoire,
Ba résistance de limitation 34 pour ciurans de puissance peut être de type quelconque. Ainsi, avec l'un ou 1 autre des équipements des Figu- res 4 et 5, l'impédance à la fréquence opératoire peut avcir iulevaleur désirée quelconque, tandis que l'impédance, aux fréquences de tension transitoire, est très faible lorsqu'aucun éclateur n'est prévu, et si un éclateur est prévu, elle est contournée par un arc après l'impédance.
La Figure 6 représente une réalisation destinée à la commande de la tension transitoire neutre- Dans ce cas, on relie on parallèle, dans une connexion point neutre à terre, une capacité 28, une inductance 33, ot une ré- sistance 50 ou un éclateur 29, ou tous les deux en série.
La capacité 28 et la résistance 30 sont dimmensionmnées de façon que la tension'neutre ne s'élève pas au-dessus d'un pourcentage déterminé de la tension transitoire appliquée, indé- pendamment du type de phénomène transitoire de ligne,
A l'heure actuelle, on considère comme satisfaisant que la fati- gue de tension au point neutre, résultant des effets transitoires, ne dépasse pas la fatigue de tension créée par l'essai à haute tension spécifié à la fré- quence opératoire.
L'impédance de la liaison de terre, dans son ensemble, aux cou- rants de fréquence opératoire, possède une valeur telle qu'elle limite ces cou- rants, en cas d'incident de ligne à terre, à une valeur déterminés :Etant donné que la capacité 28 diminue le taux d'accroissement de la tension neutre, pro- duit par une surtension quelconque, elle est de préférence choisie de. manière à rendre le taux d'accroissement assez faible par rapport à la fréquence natu-
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relle du transformateur, de façon que l'enroulement de transformateur oscille comme s'il n'était pas mis franchement à la terre.
A ce sujet , la comparaison des courbes de la Figure 10,avec la Figure 7 pour le transromateur non protégé, et de la Figure 14 avec la Figure 11 pour le transformateur protégé, montre l'analogie des perturbatins de ten- sion transitoire sur le transformateur.
Etant donné qui le rapport de la réactance du transformateur et des réactances des dispositifs insérés dans la connexion point neutre à terre, varie beaucoup pour les diverses conditions se présentant dans la pratiqua, il en résulte que les valeurs de la capacité 28 et de l'inductance 33 varient aus- si. Si la résistance désirée 60 est faible et si elle possède un effet apprécia- ble à la tension de fréquence opératoire, l'éclateur 29 est placé en série avec la résistance 30. Le réglage de l'intervalle ou éclateur 29 est bien entendu tel qu'il ne se produit pas d'arc à la tension neutre la plus élevée à la fréquence opératoire.
Comme précédement indiqué la résistance 30 et l'intervalle 29 sont de préférence agencés de faqon à ne pas permettre aux courants de puissance de suivre le courant trensitcire, après amorçage d'un arc par le phénomène transi- toire.
: Dans l'équipement représenté Figure 6, toute possibilité de ré- sonance entre la capacité 28 et l'inductance 33, pouvant entraîner une tension neutre élevée, se heurte à la résistance 30, soit seule, soit combinée avec éclateur 29.
Dans le cas d'un défaut d'isolement de la ligne par rapport à la terre, la tension neutre de fréquence opératoire s'élève jusqu'à une valeur e dépendant du rapport da la récatance dans le point neutre à la réactance de transformateur et à la réacance du restant de l'équipement. Pour cette raison, la valeur e est choisie comme critérium pour le choix des constantes des dis- positifs dans la connexion point neutre à terre.
On peut les choisir de façon que'les fatigues dues à la tension transitoire équivalente ne dépassent pas la valeur 2a, qui est la valeur de l'essai à haute tension à laquelle le dispositif de mise de torre et le neutre N du transformateur doivent généralement résister.
Un enroulement protégé ou transformateur non résonant agencé pour un neutre mis franchement à la terre, lorequ'il est mis à la terre par l'intermédiare d'unerésistance ou d'une capacité ordinaire, oscille d'une manière analogue à un transformateur ordinaire, comme représenté Figure 13
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Cela se produit de cette façon, parce que, tandis que la distribution de ten-
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sion primitive est une iigne droite analogue à la distriuution de tension d'un transformateur non résonnant avec le point neutre mis franchement à la terre, elle ne coïncide pas avec sa distribution finale qui est la môme quo celle d' un transformateur ordinaire, comme représenté Figure 9.
On peut construire un
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transformateur blindé combiné convenablement avec mie i1Jll"i;dance conformément à l'invention, et agencé de façon que la distribution de tension initiale coin- cide avec la distribution de tension finale F de la Figure 13. Le circuit du transformateur et de la liaison de terre n'est alors pas résonnant.
Il peut être nécessaire!, dans certains cas, notamment avec des transformateurs non blindés, d'accroître la capacité entre la bornede ligne
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et la borne neutre du transfohnateur, en reliant un condensateur en dérivation sur ces bornes-Mais, dans certains cas, il n'est pas économique de construire un tel transfo±matsurn notamment si la tension finale du point neutre dépasse à peu près le tiers de la tension appliquée à la borne du ligne.
L'équation fondamentale mise en cause est la suivante :
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1C1 L202 dans laquelle Il et Il désignent les inductances du trbJn;±'o&liteur et de la connexion de terre respectivement, Clla capacité efficae entre les bornes de
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ligne et de terre du transformateur, et C2 la capacité 61iicace de la connexion de terre. Far l'expression "capacité efficace" ,on désigeu la capacité distri- buée des enroulements, plus toute capacité concentrée utilisée entre les bornes de l'enroulement envisagé.
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Bien que LI et soient Mixés par les conditions du problème, les valeurs de C1 et C 2 peuvent varier beaucoup car ceest soulozaent luur rap- port qui est déterminé par % et Lez On peut tirer avantâye de cette considé- ration lorsqu'il s'agit d'enroulements inducteurs non prct';és, pour éliminer ou réduire une partie ou la totalité des harmoniques de l'oscillation intérieu- re des enroulements, de manière à réduire les fatigues ducs aux tensions inté- rieurse
La longueur du front de l'onde ou sa durée doivent être au moins égales à la période naturelle de l'harmonique la plus basse destinée à être sup- primée.
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En choisissant convenablement les valeurs ac3 Cl et C , la foxme
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de l'onde de tension appliquée,, et en conséquence la longueur du front, peuvent être amenées aux valeurs désirées. Mais la capacité neutre peut 1$tre choisie de façon que le taux d'élévation de la tension neutre soit si faible que les ondes trouvées en pratique, n'aient pas pour effet d'élever le potentiel du point neutre, au-delà d'une valeur déterminée, comme représenté Figure 15.
La possibilité de résonance entre la capacité neutre 28 et la self du transfor- mateur pris dans son ensemble, en cas de phénomène transitoire dû aux interrup.. tions et fermetures est empêche par la résistance 30 montée en parallèle avec la capacité. Dans ces conditions, la distribution de tension transitioire est uniforme le'long de l'enroulement* Etant donné que l'impédance de la connxion de terre comprenant la capacité 28, la self 33 et la résistance 30, peut être rendue très élevée, le transformateur peut être appelé à agir 11 la fréquence opératoire, come si son point neutre était isolé.
Lorsqu'un équipement ou réseau électrique comprend deux ou plusieurs groupes polyphasés reliés à la terre, on peut placer un dispositif unique, confonde à, l'invention, entre le point neutre commun de ces groupes et la terre, pour assurer une protection efficace à l'égard des phénomènes transi- toires sur l'un quelconque dos transformateurs.