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DISPOSIFIF DE PROTEGTION D'UNE LIGNE ELECTRIQUE CONTRE LES DEFAUTS A 'LA TERRE .
Pour la protection contre les défauts à la terre des lignes élec- triques parcourues oar du courant alternatif à fréquence industrielle, on emploie couramment des dispositifs comprenant des relais de distance, chacun de ces relais mesurant la distance entre son emplacement et l'endroit du dé- faut. Cette distance se manifeste, par exemple, par la résistance, la réac- tance l'impédance ou ladmittancë de la ligne entre 1'11 emplacement du relais et 1-9 endroit du défaut.
Ces dispositifs connus ne donnent pas en particulier satisfac- tion lorsque la ligne à protéger comporte un ou plusieurs récepteurs passifs non reliés à la terre et dont l'argument de l'impédance est constant et sen- siblement différent de celui de l'impédance de la ligne. ( Par récepteurs passifs, on entend des récepteurs ne comportant aucun générateur pouvant fournir de 1-'énergie électrique dans ladite ligne). A titre dexemples de récepteurs passifs, on cite les installations de redresseurs branchées sur une ligne de courant alternatif et alimentant un réseau de traction.
Le fonctionnement défectueux de ces dispositifs de protection dans le cas particulier susmentionné, provient du fait que le courant absor- bé par les récepteurs passifs fausse la mesure de la tension entre phase et terre qui sert à déterminer la valeur de la réactance, de l'impédance ou de l'admittance de la ligne où survient un défaut.Cela. est facile à comprendre en se référant à la fig. 1.
Sur cette figure;, 1 désigne 'une phase de la ligne dont une des extrémités est indiquée en A. La terre est figurée par un trait plein T.
Rp est un récepteur passif précédemment spécifiée -représenté partiellement par une impédance Zp connectée en un point P sur la phase 1. D est l'empla- cement d'un défaut entre la phase 1 et la terre. Z1 est l'impédance par pha-
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se de la ligne entre l'extrémité A et le point P; Z est l'impédance par phase de la ligne entre P et 1'emplacement D du défaut, Z2 ayant le même ar- gument que Z1. Si on désigne par Z l'impédance par phase de la ligne depuis l'extrémité A jusqu'à l'emplacement du défaut, on a:
Z = Z1 + Z2 I@A est le courant circulant dans la phase 1 à partir de l'extrémité A pendant le défaut. IT est le courant de terre provoqué par le dé- faut. IlP est le courant circulant pendant le défaut dans l'impédance 2P du récepteur passif RP.
UlA est la tension entre la phase 1 et la terre, à l'extrémité A.
Up est la tension'aux bornes de l'impédance Z du récepteur passif R .
Si l'on désigne par-K, le rapport ZO - Zd des impédances homo-
3 Zd polaire et directe par phase de la ligne, la tension U1A a pour expression:
U1A = 2(I1A - K.IT) + 2ZI1P (1) Le terme Z (Il - K. IT) représente la valeur de la tension qui permet la mesure correcte Se la réactance, de l'impédance ou de l'admittance de la phase où est survenu le défaut. On voit que le terme Z2 I1P introduit une erreur dans la mesure de ces grandeurs.
La présente invention, sustème Jean-Marc TESSERA et Michel SOUIL- LARD, a pour but d'éliminer pratiquement l'influence de ce terme Z2 I1P
Le dispositif suivant l'invention est caractérisé par des moyens grâce auxquels on compare le terme (I1A - K IT) avec un courant produit par la tension entre phase et terre à une extrémité de la boucle en défaut, à tra- vers une impédance dont le module et l'argument sont respectivement égaux au module et à l'argument de l'impédance correspondant à la longueur de la ligne à protéger, cette comparaison ayant lieu par l'intermédiaire d'une tension (dénommée ci-après tension de polarisation)
dont la phase est invariablement liée à celle du courant I1P circulant pendant le défaut dans l'impédance du récepteur passif correspondant au conducteur de ligne en défaut.
La fig. 2 représente schématiquement un exemple de mise en oeuvre de l'invention, donnéà titre non'-limitatif.
Les dispositions particulières qui seront décrites à propos de cet exemple, devront être considérées comme faisant partie de l'inventions étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront.être aussi bien utilisées sans sortir du cadre.de celle-ci.
Les symboles utilisés dans la fig. 1, ont la même signification que dans la fig. 2.
Dans l'exemple représenté sur la fig. 2, on voit en 1, 2, 3, les trois conducteurs d'une ligne triphasée ou d'un tronçon de ligne. Cette ligne ou chaque tronçon de cette ligne est encadré à ses deux extrémités A et B, comme cela est connu,, par deux disjoncteurs tems que 4 et 4'. Le dispositif de protection représenté ne concerne que la protection d'une phase (phase 1) contre les défauts à la terce, à une extrémité du tronçon (extrémité A).
5 est un récepteur passif précédemment spécifié, branché sur le tronçon considéré.
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6 est un relais de distance, du type à induction, dont l'équi= page mobile est soumis à deux couples électriques agissant en sens inverse.' Un de ces couples est engendré par les flux émis par deux séries de pôles sur lesquelles sont bobinés respectivement deux enroulements 7 et 90 L'autre cou- ple est engendré par les flux émis par les pôles sur lesquels est bobiné l'en- roulement 9 et une série de pôles sur laquelle est bobiné l'enroulement 8.
Les pôles sur lesquels sont bobinés les enroulements 7 et 8 sont disposés de façon telle que leurs flux respectifs ne produisent aucun couple.
Suivant l'invention, l'enroulement 7 est parcouru par un cou- rant proportionnel à (I1A - KIT), l'enroulement 8 est parcouru par un cou- rant i produit par une tension U'1A proportionnelle à la tension U1A entre la phase 1 et la terre à l'extrémité A, à travers une impédance ZR réalisée par un auto-transformateur 10, une résistance réglable 11 et ledit enroule- ment 8, l'enroulement 9 est parcouru par un courant produit par une tension de polarisation U'p' dont la phase est invariablement liée, par des moyens qui seront expliqués ci-après, à la phase du courant I1P circulant pendant le défaut dans l'impédance Zp du récepteur passif 5.
L'enroulement 7 est branché aux bornes du secondaire 13 d'un transformateur de courant 12 dont le primaire comporte deux enroulements 14' et 14". L'enroulement 14' est alimenté par le secondaire d'un trans- formateur de courant 21 branché sur la phase 1. L'enroulement 14", à spires réglables, est connecté aux bornes des secondaires mis en parallèle des transformateurs de courant 21, 22, 23, ces deux derniers étant branchés res- pectivement sur les phases 2 et 3. Dans ces conditions, l'enroulement 14" est parcouru lors d'un défaut entre la phase 1 et la terre par un courant propor- tionnel au courant homopolaire Io, c'est-à-dire en définitive par un courant proportionnel à K IT.
Les sens des enroulements 14' et 14" sont tels que le courant fourni par le secondaire 13 du transformateur 12 et parcourant l'en- roulement 7 du relais 6 soit proportionnel à I1A - K IT.
10 est un auto-transformateur à prises réglables branché aux bornes du secondaire du transformateur de tension 31 dont le primaire est connecté entre la phase 1 et la terre. Il alimente l'enroulement 8 du re- lais de distance 6 par l'intermédiaire d'une résistance réglable 11 en sé- rie avec cet enroulement. Le courant i qui parcourt l'enroulement 8 est égal à U'1A
ZR
24, 25, 26 sont trois transformateurs de tension dont les pri- maires sont branchés en étoile avec point neutre à la terre et dont les se- condaires, branchés en triangle, fournissent entre les points 15 et 16 une tension proportionnelle à la tension homopolaire Uo de la ligne triphasée.
27 est un transformateur de courant dont le primaire comporte deux enroulements 28' et 28" ayant un point commun. L'enroulement 28' est en série avec l'enroulement secondaire 14' du transformateur de courant 12, et l'enroulement 28" est en série avec l'enroulement secondaire 14" du même transformateur. Par 'conséquent, l'enroulement 28' est pàrcouru par un cou- rant proportionnel à I1A et l'enroulement 28" est parcouru, lors d'un défaut entre la phase 1 et la terre, par-un courant proportionnel au courant homo- polaire 10. Les sons des enroulements 28' et 2811 sont tels que le courant fourni par le secondaire 29 du transformateur 27 est proportionnel à : I1A - 10.
Ce courant alimente une impédance 30 dont la valeur est ajustée pour être égale à celle de l'impédance Z1 (impédance par phase de la ligne entre l'extrémité A et le point P). On recueille aux bornes de sortie de l'impédance 30 une tension proportionnelle à : Z1 (I1A - 10).
On voit sur la figure que la tension U'P entre les points 17-18 est égale à U'1A - UO - Z1 (I1A - 10).
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On démontre que cette expression est proportionnelle à I1P Z .
Par conséquent, la tension U'p est liée à la phase du courant I1P.
La résistance 19 et le condensateur 20 constituent un dispositif déphaseur réglé en fonction de l'argument de Zp pour que le courant ip qui parcourt l'enroulement 9 du relais 6 ait la phase de I1P.
Le couple résultant C sur l'équipage mobile du relais 6 sera de la forme :
C = K1 [k (I1A - KIT) - i ] . ip.
Or, le courant i est égal à U'1A, c'est-à-dire d'après
ZR l'égalité (1) :
EMI4.1
Par suite des dispositions faisant l'objet de l'invention, le couple'parasite proportionnel à Z2 I1P. ip est nul pour un relais à in-
ZR duction puisque d'une part, I1P et iP sont toujours en phase et que d"autre part, l'argument de l'impédance Z4 est le même que celui de l'impédance Z2, c'est-à-dire en définitive, le même que celui de la ligne.
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DEVICE FOR PROTECTING AN ELECTRIC LINE AGAINST EARTH FAULTS.
For the protection against earth faults of power lines carrying alternating current at industrial frequency, devices are commonly used comprising distance relays, each of these relays measuring the distance between its location and the location of the break. - should. This distance is manifested, for example, by resistance, reactance, impedance or line delay between the location of the relay and 1-9 location of the fault.
These known devices do not give satisfaction in particular when the line to be protected comprises one or more passive receivers not connected to the earth and of which the argument of the impedance is constant and significantly different from that of the impedance of. line. (By passive receivers is meant receivers not comprising any generator capable of supplying 1-electrical energy in said line). As examples of passive receivers, mention may be made of rectifier installations connected to an alternating current line and supplying a traction network.
The faulty operation of these protection devices in the aforementioned particular case arises from the fact that the current absorbed by the passive receivers distorts the measurement of the voltage between phase and earth which is used to determine the value of the reactance, of the impedance or admittance of the line where a fault occurs. is easy to understand by referring to fig. 1.
In this figure ;, 1 designates a phase of the line, one end of which is indicated at A. The earth is represented by a solid line T.
Rp is a previously specified passive receiver - partially represented by an impedance Zp connected to a point P on phase 1. D is the location of a fault between phase 1 and earth. Z1 is the impedance by pha-
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se of the line between the end A and the point P; Z is the impedance per phase of the line between P and location D of the fault, Z2 having the same argument as Z1. If we denote by Z the impedance per phase of the line from end A to the location of the fault, we have:
Z = Z1 + Z2 I @ A is the current flowing in phase 1 from end A during the fault. IT is the earth current caused by the fault. IlP is the current flowing during the fault in the 2P impedance of the passive receiver RP.
UlA is the voltage between phase 1 and earth, at end A.
Up is the voltage across the impedance Z of the passive receiver R.
If we denote by -K, the ratio ZO - Zd of the homo-
3 polar and direct Zd per phase of the line, the voltage U1A is expressed as:
U1A = 2 (I1A - K.IT) + 2ZI1P (1) The term Z (Il - K. IT) represents the value of the voltage which allows the correct measurement Se the reactance, impedance or admittance of the phase in which the fault occurred. It can be seen that the term Z2 I1P introduces an error in the measurement of these quantities.
The present invention, based on Jean-Marc TESSERA and Michel SOUIL-LARD, aims to practically eliminate the influence of this term Z2 I1P
The device according to the invention is characterized by means by which the term (I1A - K IT) is compared with a current produced by the voltage between phase and earth at one end of the faulty loop, through an impedance of which the modulus and the argument are respectively equal to the modulus and to the argument of the impedance corresponding to the length of the line to be protected, this comparison taking place via a voltage (hereinafter referred to as bias voltage )
the phase of which is invariably linked to that of the current I1P flowing during the fault in the impedance of the passive receiver corresponding to the faulty line conductor.
Fig. 2 schematically represents an example of implementation of the invention, given in a non-limiting way.
The particular provisions which will be described with regard to this example should be considered as forming part of the invention, it being understood that all equivalent provisions could be used as well without departing from the framework thereof.
The symbols used in fig. 1, have the same meaning as in fig. 2.
In the example shown in FIG. 2, we see in 1, 2, 3, the three conductors of a three-phase line or a section of line. This line or each section of this line is framed at its two ends A and B, as is known, by two time circuit breakers 4 and 4 '. The protection device shown only concerns the protection of one phase (phase 1) against faults at the terce, at one end of the section (end A).
5 is a previously specified passive receiver, connected to the section considered.
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6 is a distance relay, of the induction type, the equi = mobile page of which is subjected to two electric couples acting in the opposite direction. One of these pairs is generated by the fluxes emitted by two series of poles on which two windings 7 and 90 are respectively wound The other torque is generated by the fluxes emitted by the poles on which the winding 9 is wound. and a series of poles on which the winding 8 is wound.
The poles on which the windings 7 and 8 are wound are arranged such that their respective flows do not produce any torque.
According to the invention, the winding 7 is traversed by a current proportional to (I1A - KIT), the winding 8 is traversed by a current i produced by a voltage U'1A proportional to the voltage U1A between the phase 1 and earth at end A, through an impedance ZR produced by an auto-transformer 10, an adjustable resistor 11 and said winding 8, winding 9 is traversed by a current produced by a bias voltage U'p ', the phase of which is invariably linked, by means which will be explained below, to the phase of the current I1P flowing during the fault in the impedance Zp of the passive receiver 5.
Winding 7 is connected to the terminals of secondary 13 of a current transformer 12, the primary of which has two windings 14 'and 14 ". Winding 14' is supplied by the secondary of a current transformer 21 connected. on phase 1. The 14 "winding, with adjustable turns, is connected to the terminals of the secondaries placed in parallel with current transformers 21, 22, 23, the latter two being connected to phases 2 and 3 respectively. Under these conditions, the winding 14 "is traversed during a fault between phase 1 and the earth by a current proportional to the zero sequence current Io, that is to say ultimately by a current proportional to K IT.
The directions of windings 14 'and 14 "are such that the current supplied by secondary 13 of transformer 12 and flowing through winding 7 of relay 6 is proportional to I1A - K IT.
10 is an auto-transformer with adjustable taps connected to the terminals of the secondary of voltage transformer 31, the primary of which is connected between phase 1 and earth. It supplies the winding 8 of the distance relay 6 via an adjustable resistor 11 in series with this winding. The current i flowing through winding 8 is equal to U'1A
ZR
24, 25, 26 are three voltage transformers, the primary ones of which are connected in star with neutral point to earth and whose secondaries, connected in delta, supply between points 15 and 16 a voltage proportional to the zero sequence voltage Uo of the three-phase line.
27 is a current transformer whose primary has two windings 28 'and 28 "having a common point. Winding 28' is in series with secondary winding 14 'of current transformer 12, and winding 28" is in series with the secondary winding 14 "of the same transformer. Consequently, the winding 28 'is carried by a current proportional to I1A and the winding 28" is traversed, during a fault between phase 1 and the earth, by a current proportional to the homopolar current 10. The sounds of the windings 28 'and 2811 are such that the current supplied by the secondary 29 of the transformer 27 is proportional to: I1A - 10.
This current supplies an impedance 30, the value of which is adjusted to be equal to that of the impedance Z1 (impedance per phase of the line between the end A and the point P). A voltage proportional to: Z1 (I1A - 10) is collected at the output terminals of impedance 30.
We see in the figure that the voltage U'P between points 17-18 is equal to U'1A - UO - Z1 (I1A - 10).
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We prove that this expression is proportional to I1P Z.
Consequently, the voltage U'p is linked to the phase of the current I1P.
Resistor 19 and capacitor 20 constitute a phase shifter device adjusted as a function of the argument of Zp so that the current ip which flows through the winding 9 of relay 6 has the phase of I1P.
The resulting torque C on the moving assembly of relay 6 will be of the form:
C = K1 [k (I1A - KIT) - i]. ip.
However, the current i is equal to U'1A, that is to say according to
ZR equality (1):
EMI4.1
As a result of the arrangements which are the subject of the invention, the parasitic torque proportional to Z2 I1P. ip is zero for a relay with
ZR duction since on the one hand, I1P and iP are always in phase and that on the other hand, the argument of the impedance Z4 is the same as that of the impedance Z2, that is to say ultimately , the same as that of the line.