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"PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DE PROTECTION POUR CIRCUITS ELECTRIQUES.-"
La présente invention vise des perfectionnenents aux systèmes de protection pour circuits électriques, et plus particulièrement aux appareils de protection comprenant des relais sensibles au rapport des valeurs relatives d'une grandeur électrique d'un circuit en deux points différents de celi-ci.
L'invention offre un appareillage de protection amélioré dont la sensibilité aux valeurs relatives de grandeurs électriques d'un circuit, est automatiquement variée en fonction de conditions du circuit, telles que des dé- fauts d'isolement, des surtensions dues à la commutation, des courants d'exci-
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tation, etc-- de manière à assurer la protection maximum compatibls avec la continuité désirée pour le service-
La sensibilité des appareils de protection, par exemple les re- lais de surintensité, est limitée par la charge de sécurité maximum qui doit être supportée, de sorte que dans les périodes de faible charge, lorsque la puissance génératrice des machines est faible, un défaut effectif ne crée pas nécessairement un courant suffisant pour actionner les relais,
parce qu'ils ont un réglage fixe qui peut tre varié seulement par une opération manuelle, Mais il n'est pas toujou pratique, an raison des interconnexions très développées et des changements de charge rapides que présentent les installations modernes, de modifier à la main les réglages de relais,
D'autre part+, dans la protection des appareils et des machines à induction qui sont soumis à des appels de courant magnétisants, ces courants peu- vent être plus intenses que le courant de défaut désiré agissant sur les appareils de protection, de sorte que des dispositions spéciales deviennent nécessaires pour permettre la connexion de tels appareils- L'invention offre des appareils de pro- tection qui sont plus sensibles, sous les conditions de défauts effectifs,
que sous les conditions de charge maximum auxquelles la ligne peut être soumise*
D'autre part, dans le cas de circuits fonctionnant en parallèle et dans lesquels un équilibrage d'intensité doit être maintenu, il est fréquen- ment difficile de remettre une seconde ligne en service, à moins qu'une consigne déterminée de commutation ne soit suitie, parce'qu'avec une ligne en srvipe, tou- te tentative pour mettre une autre ligne en service entraîne la production tempo- raire d'un très fort déséquilibre qui provoque le fonctionnement de l'appareil de protection, bien qu'il n'y ait pas de défaut réel- L'invention, à cet effet, of- fre des appareils de protection perfectionnés pour un circuit électrique compor- tant deux lignes en parallèle,
agencés de manière à assurer une action sélective dépendant des valeurs relatives des intensités de ligne et des tensions de ligne, de telle sorte que les opérations de mise en service ou de commutation de ligne puissent 'être réalisées avec succès, indépendamment de l'ordre dans lequel elles sont exécutées- Etant donné que la stabilité d'un circuit devient plus impor- tante lorsque le nombre d'interconnexions de circuit augmente, il est désirable, en vue de maintenir la continuité maximum de service, de supprimer la partie d'
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'un circuit qui présente un défaut, aussi rapidement que possible, en vue d'em- pêcher par exemple la perte de la charge synchrone- A cet effet,
l'invention of- fre un appareil de protection perfectionné qui fonctionne si rapidement, en ré- ponse à des défauts, qu'il empêche plus ou moins complètement toute instabilité de fonctionnement sur les parties saines de la ligne-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère limi- tatif, et dans lesquels :
La Fig.1 représente, en élévation latérale, un relais protec- teur conforme à l'invention-
La Fig.2 est un schéma de connexions d'un équipement conforme . l'invention, avec appareilde protection équilibré pour un circuit électrique comportant deux lignes en parallèle'
La Fig-3 est le schéma des connexions d'un autre équipement con- fonne à l'invention, appliqué à un système de protection pour appareil inductif, tel qu'un transformateur-
La Fig.4 enfin est un diagramme donnant les caractéristiques d'un relais de protection conforme à l'invention*
Dans l'équipement de la fig.2 une partie d'un circuit polyphasé comprend une ligne principale 6 à laquelle sont reliées des lignes en parallèle 7 et 8, par l'intermédiaire d'appareils de coupure appropriés,
tels que des dis- joncteurs à verrouillage 9 et 10 respectivement* Chacun de ces disjoncteurs est muni d'un enroulement de déclenchement 11 excité par une ligne principale de commande 12, et aussi de contacts auxiliaires 13 et 14 qui sont fermés et ouverts en même temps que le disjoncteur* Les disjoncteurs représentés sont choisis sim- plement à titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention;
lorsqu'on désire obtenir une coupure de circuit très rapide, on peut évidemment faire appel à des disjoncteurs à grande vitesse*
Conformément à l'invention, les disjoncteurs 9 et 10 sont com- mandés sélectivement en fonction d'un rapport de deux grandeurs, par un jeu de re- lais 15 , de telle façon que la valeur opérative minimum d'une des grandeurs, suf- fisante pour créer une action de commande, soit variée an fonction de l'autre grandeur du circuit- Ce réglage a pour effet de modifier la sensibilité du relais
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15, de manière à assurer la protection maximum compatible avec la continuité du service-
Dans l'équipement représenté à titre d'exemple sur la Fig.2 la grandeur électrique choisie est l'intensité du circuit, apparaissant dans les lignes 7 et 8,
et plus particulièrement celle qui apparaît dans les conducteurs de phases correspondants de ces lignes-
Pour commander la sensibilité aux conditions du circuit, par exemple aux défauts d'isolement, on utilise, conformément à l'invention, une ten- sion du circuit, et de préférence la tension la plus affectée par le défaut-
Le relais 15, dont un modèle est représenté schématiquement sur la Fig.2 pour chaque ligne, est un relais à armature électromagnétique pivotée! ce modèle n'est pris qu'à titre (Il exemple et l'on peut évidemment faire appel à tout autre modèle de relais, notamment ceux qui sont du type à dynamomètre ou à disque d'induction.
Dans l'exemple choisi, le relais 15 comporte une pièce mobile telle qu'une armature magnétique 16, et des organes de commande et de réglage pour cette pièce; ceux-ci comprennent d'une part des enroulements d'attraction et d' opposition 17 et 18 respectivement reliés de façon à âtre alimentés par les intensités de la ligne avec laquelle coopère le relais et de l'autre ligne, par l'intermédiaire de moyens appropriés tels que les transformateurs d'intensité 19, et d'autre part un second dispositif d'opposition comportant un enroulement 20 re -lié de manière à être alimenté en fonction de la tension de la ligne associée, par l'intermédiaire d'un dispositif approprié, tel qu'un transformateur de poten- tiel 21.
Pour commander les circuits de bobines de déclenchement 11, et par l'intermédiaire de celles-ci les disjoncteurs 9 et 10, le relais est muni de contacts coopérants 22 et 23; le contact 23 étant réalisé sous forme d'un pont mobile avec l'armature 16. En vue de maintenir un contact de bonne qualité et fer me , sans vibrations résultant de la grande vitesse de fonctionnement, on peut aussi faire appel à un enroulement de maintien 24 qui, comme représenté, est re- lié en série avec les.contacts 22 du relais, de façon à être alimenté par la li- gne principale de commande 12, lors de la fermeture des contacts.
En se reportant à la fig.2 et plus particulièrement à la Fig.l pour les détails du relais, on voit que la structure magnétique des enroulements
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d'attraction et d'opposition comprend, en plus de l'armature 16, des noyaux 25 et 26 montés de manière de préférence réglable, une culasse magnétique 27 sur laquelle sont mentés les noyaux, et une pièce magnétique intermédiaire 28 qui est fixée sur la culasse, et sur laquelle l'armature est pivotée en 29.
Pour ré- duire au minimum les variations dans les valeurs opératives, résultant de l'an- gle de phase, les noyaux des enroulements à intensité comportent de préférence des moyens appropriés tels que les enroulements court-circuités 30*Cet amortis- sement des noyaux empêche l'action d'opposition de s'annuler, et de cette façon élimine tout fonctionnement défectueux pouvant résulter d'impulsions brusques*
Le circuit magnétique de 1'enroulement d'opposition 20 sensible à la tension comprend un noyau 31, qui est de préférence monté de manière réglable sur une culasse magnétique supérieure 32.
En vue d'empêcher la flux de fuite de modifier défavorablement les caractéristiques de fonctionnement des relais, l'enroulement 20 sensible à la tension est agencé de manière que son circuit magnétique soit à peu près in- dépendant, au point de vue magnétique , de l'armature 16 A cet effet, l'en- roulement 20 peut être enveloppé à peu près complètement par une matière magné- tique telle qu'un coffret de fer 33; avec ce coffret 33 et le noyau 31 coopère la pièce mobile ou l'armature auxiliaire 34 de l'enroulement 20.
Pour que l'effet d'opposition de l'enroulement 20 sensible à la tension puisse être efficace sur l'armature 16, l'armature auxiliaire 34 peut être montée sur cet organe. En outre, pour assurer que le relais fonctionne nor- malement de manière silencieuse, l'armature auxiliaire 34 est agencée de façon à se mettre automatiquement en alignement-t. A cet effet, elle peut être montée librement sur l'armature principale 16, de façon à lui permettre un certain jeu angulaire!) cela peut être réalisé de manière appropriée quelconque.
L'arrange- ment représenté à cet effet comprend une vis 35 à tête fraisée présentant une forme différant de celle du trou de l'armature 34, à travers lequel passe la vis, dans une tige 36, de préférence non magnétique, portée par l'armature 16 Pour que les positions relatives des armatures puissent être variées pour des réglages différents du relais, la tige 36 peut être placée de magière réglable par rapport à l'arnature 16, comme représenté Fig.l.
Dans la réalisation de l'invention représentée Fig-1, l'enroule- ment de maintien 24 est supporté entre la culasse magnétique supérieure 32 et
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une pièce non magnétique 37, qui peut être établie ou matière isolante Le noyau 38 de l'enroulement de maintien peut être monté de manière réglable dans la culasse 32, comme représenté- Dans l'arrangement représenté, l'effet de main- tien de la bobine 24 sur 1'armature 16, est dû principalement au flux de fuite*
Pour ajuster le point opératif minimum du relais, lorsque les effets d'opposition de la tension et de l'intensité sont approximativement nuls, on a prévu des moyens de réglage appropriés, tels qu'un ressort 39 et une vis 40.
La ressort 39 possède l'avantage supplémentaire d'entraîner l'ouverture des contacts du relais contre l'effet d'un magnétisme rémanent quelconque du circuit magnétique de la 'bobine de maintien, lorsque la ligne avec laquelle coopère le relais n'est plus sous tension*
L'assemblage peut être maintenu de manière appropriée quelconque, la construction représentée comprenant, en plus des organes précédemment décrits les pièces non magnétiques 41 et 42 pouvant être construites en matière isolante, les vis 43 et 44.
et un ou plusieurs boulons 45 munis d'un. élément d'espacement 46 Comma représenté, les contacts fixes 22, qui se trouvent un sur chaque côté du noyau de Il enroulement de maintien 24, sont montés sur une pièce massive 47 en matière isolante appropriée, fixée sur la pièce 37-
Bien que la Fig.1 représente une élévation latérale d'un seul relais, conforme à l'invention, on comprend que deux relais de ce genre peuvent être montés dans un coffret unique, lorsqu'on désire protéger deux lignes en parallèle, de la manière représentées Fig.2
Si les connexions des enroulements d'attraction et d'opposition 17 et 18, aux lignes respectives, sont telles que les flux, dans les noyaux 25 et 26, soient dirigés dans le même sens,
les deux intensités de line étant elles-mêmes dirigées dans le même sens, et que les circuits magnétiques des en- roulements 17 et 18 sont à peu près identiques antre eux, dans ce cas, indépan.- dammant.du sens de passage du courant, tant qu'il est le même dans les deux li- gnes, la caractéristique du relais 15 demeura à peu près constante, sauf qu'elle est affectée par des variations dans la tension- Cela résulte des courbes en traits pleins A et B de la Fig.4 qui correspondent respectivement à la tension de ligne zéro et normale.
De ces caractéristiques A et B, il résulte que les parties à peu près rectilignes de ces caractérstiques possedent à peu près la même pente, mais que la valeur opérative minimum de courant, capable d'amener
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1'armature 16 dans la position de commande de contact, est accrue par l'effet d'opposition de tension- S'il n'y avait pas de moyens de rappel analogues au ressort 39, la courbe A tendrait à passer par l'origine O; le ressort nécessite, à la tension zéro et au courant d'opposition zéro, un courant opératif minimum
0-1
Mais à la tension normale et aux courant d'opposition zéro, le courant d'attraction ou opératif minimum est augmenté de la quantité 1-2 ou de- puis 0-1 jusqu'à la valeur 0-2;
cet accroissement dans le courant d'attraction minimum est progressivement réduit jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur approxi- mativement constante dans la région où les courbes A et B deviennent à peu près parallèles-
Ainsi, pour un courant d'opposition déterminé quelconque dans une des lignes en parallèle 7 et 8, la valeur minimum du courant opératif dans l'autre ligne, capable d'amener l'amature dans la position de circuit fermé, dépend de la tension de l'autre ligne et augmente en fonction de cette tension* En conséquence, tant que l'état normal de ligne est indiquée au moyen de la ten- sion normale, la sensibilité du relais est réduite- De manière analogue, si une ligne seulement, par exemple la ligne 7, est En service, dans ce cas,
et pour la tension normale sur cette ligne, bien qu'il n'y ait pas d'effet d'opposition du fait de l'enroulement d'intensité 18, les contact 22 et 23 du relais associé à cette ligne sont maintenus ouverts sous l'effet de l'enroulement d'opposition de tension 20, ce qui augmente de la quantité 1-2 la valeur opérative efficace minimum du courant, lorsque le courant d'opposition est égal à zéro-
En conséquence, la succession des fermetures des appareils in- terrupteurs ou autres dans la ligne 8, à ses extrémités, naentrave pas la remise de cette ligne en service, ainsi que cela se produisait avec certains appareils de la technique antérieure, si les conditions d'intensité sont normales,
car leur seul effet est d'ajouter l'effet de 1'enroulement d'opposition d'intensité 18 au relais dont les contacts ont déjà été maintenus ouverts*
Mais si les sons relatifs des courants passant dans les deux li- gnes diffèrent en raison de l'inversion de la puissance dans une ligne, dans ce cas, les caractéristiques du relais peuvent prendre les formes représentées par les courbes en traits pointillés 0 et D sur la Fig.4, qui représentent respec- tivement les conditions avec la tension nulle et la tension normale de la ligne- @
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-Cela se produit comme résultat d'une variation des flux, car un flux dépendant des forces magnétomotrices d'attraction et d'opposition tend à circuler dans le circuit magnétique constitué par l'anaature 16, le noyau 25,
la culasse 27 et la noyau 26 Un flux dépendant de la différence entre les forces magnétomotrices circule dans la pièce intermédiaire 28, à travers l'intervalle ou entrefer de support ou de l'articulation vers l'armature*
Mais il convient d'observer qu'en général les caractéristiques C et D sont analogues aux caractéristiques A et B, particulièrement en ce qui con- cerne le changement dans la sensibilité du relais- Il convient d'observer aussi que la pente de la partie à pau près rectiligne des caractéristiques C et D est inférieure à celle des caractéristiques A et B En d'autres termes, le relais et plus sensible, c'est-à-dire qu'il fonctionne avec un rapport plus faible entre la courant d'attraction et le courant d'opposition.
Cette particularité permet une application plus vaste du relais à la protection équilibrée de lignes en parallèle parco que dans les cas où la puissance génératrice, à l'extrémité la plus voisine du défaut, est très faible, et où il ne se présente pas un déséquilibre suffisant pour fonctionner sur les caractéristiques A et B, il est possible d'obtenir une action sur des courants fournis par des condensateurs synchrones ou des moteurs d'induction-
En général, les caractéristiques, en cas de sens différents de passage du courant dans les deux lignes 7 et 8, peuvent être réglées en ajustant de manière appropriée, les Entrefers d'attraction et d'opposition, particulière- - mont par rapport à l'entrefer de l'articulation- Lorsque la réluctance de ce dernier diminue,
son effet sur la distribution des flux d'attraction et d'opposi- tion est réduit, et les caractéristiques A et C, et B et D deviennent d'autant plus voisines- S'il arrive que l'enroulement d'attraction 17 devienne prédomi- nant sur les enroulements d'opposition 18 et 20 et le ressort, l'effet de 1'en- roulement d'attraction est accru, tandis que l'effet des enroulements d'opposi- tion est réduit, parce que la réluctance du circuit magnétique de l'enroulement d'attraction est réduite, tandis que les réluctances des circuits magnétiques (les enroulements d'opposition sont accrues.
Concurremment avec le fait que le mouvement de l'armature est d'amplitude relativement petite et que l'armature possède une inertie relativement faible, cette particularité se traduit par une .¯.action de comnande à grande vitesse qui est telle qu'il est possible,. en combi-
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liaison avec des interrupteurs appropriés à grande vitesse, d'éviter des condi- tions de circuit instables, par une suppression rapide de toute partie acciden- tée du circuit-
Dans la Fig.3 on a représenté par un schéma monophasé, pour des raisons de simplicité, une réalisation de l'invention dans un circuit électrique comprenant des appareils à induction soumis à des appels de courant magnétisant, par exemple un transformateur de puissance 50;
les circuits dans lesquels sont mcntés ses enroulements, sont commandés par les disjoncteurs appropriés 9 et 10 sous l'effet de défauts d'isolement sur le tarnsformateur. On a représenté un système de protection à équilibrage de courant, qui fonctionne sous l'effet de la somme et de la différence antre les courants passant sur les deux côtés du transformateur, et qui est muni des perfectionnements objet de l'invention.
Ce système de protection comprend un circuit de protection 51 dans lequel sont montés des transformateurs d'intensité 52 et 53 reliés addi- tivernent pour le courant de circulation- En série avec le circuit de protection 51 est relié l'enroulement d'opposition d'intensité 18 d'un relais différentiel construit conformément à l'invention* L'enroulement opératif ou d'attraction 17 de ce relais est relié en dérivation sur les points équipotentiels 54 et 55 du circuit de protection 51, le point 55 étant un point intermédiaire de l'enroule- ment restrictif ls.
Pour empêcher tout fonctionnement superflu du relais, en cas de condition de circuit anormale, par exemple des surtensions pouvant résulter de la commutation du transformateur de puissance 50, on a prévu des moyens influen- cés par la tension du circuit pour réduire la sensibilité du relais 15- Dame représenté, ces moyens comprennent un relais 56 à ouverture temporisée et à fer- meture instantanée, influencé par la tension du circuit du transformateur de puis sance, par l'intermédiaire de moyens appropriés, tels qu'un transformateur de potentiel 57, pour commander l'alimentation ou l'excitation de l'enroulement d'opposition 20 du relais 15-
Ainsi, lorsque le relais 56 est désexcité, et aussi pendant une durée déterminée, après la mise sous tension du circuit du transformateur de puissance,
l'enroulement 20 assiste l'enroulement 18 pour réduire la sensibilité du relais 15- Tant que l'enroulement d'opposition 20 est excité , la sensibilité du relais demeure conforme à la caractéristique B de la Fig.4 A l'expiration de
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la durée prise par le relais 56 pour ouvrir ses contacts en circuit avec l'en- roulement 20, son effet est supprimé, et la sensibilité est par exemple confor- me à la caractéristique A de la Fig.4.