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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE SIGNALISATION DE PROTECTION OU
AUTRES.
La présente invention concerne un dispositif de signalisation électrique n'utilisant qu'une paire de fils pilotes pour la transmission de courants de signalisation dans les deux sens et qui, quoique suscepti-- ble de diverses applications, est spécialement destiné à être employé dans un montage de protection électrique servant à protéger un feeder ou autre circuit électrique.
L'invention a pour but principal de procurer un dispositif de signalisation simple et efficace au moyen duquel il soit possible de trans mettre simultanément des signaux de deux extrémités opposées, sur une paire de fils pilotes dont la tension d'isolement réciproque est faible, la résis- tance du. circuit est relativement élevée et la.capacité électrostatique ré- partie entre eux est grande. Il faut remarquer que,si l'invention est par- ticulièrement indiquée pour des fils pilotes ayant de telles caractéristiques, elle peut s'appliquer aussi à des fils pilotes d'autres genres,.comme ceux utilisés d'habitude dans les dispositifs de protection électriques.
Le dispositif de signalisation conforme à l'invention comprend une source de courant de signalisation et un redresseur à chaque extrémité, en série avec le circuit pilote à deux fils, les deux redresseurs série étant 'montés dans des sens tels qu'ils permettent à un courant à sens unique de cir- culer dans tout-le circuit pilote à travers les deux sources, un redresseur shunt à chaque extrémité en parallèle sur les deux fils pilotes côté fil pilo- te du redresseur série associé, chaque redresseur shunt étant opposé en pola- rité au redresseur série voisin dans le circuit local comprenant la source et la connexion shunt, et un récepteur à chaque extrémité pour capter le sig- nal de la source placée à l'autre extrémité.
Il sera habituellement intéres- sant de placer le récepteur en série avec le redresseur shunt,dans la con-
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nexion en shunt sur les deux fils pilotes.
Quand ce dispositif est utilisé pour la protection, les courants de signalisation sont dérivés de transformateurs de courant alimentés en fonc- tion des conditions de circulation de courant dans le circuit sous protec- tion, aux deux extrémités, de sorte que les signaux transmis d'une extrémité à l'autre dépendent de ces conditions de passage du courant.
De préférence, on n'utilise comme source de courant de signalisation, à chaque extrémité, qu'une partie de l'enroulement secondaire du transformateur de courant, une autre partie de l'enroulement secondaire étant connectée à un circuit de char- ge comprenant un redresseur et servant de charge au transformateur de courant pendant les parties de l'onde alternative où. les redresseurs série s'opposent au passage du courant dans le circuit pilote, de manière à maintenir un flux alternatif dans le transformateur de courant et à empêcher ainsi la saturation magnétique qui se produirait sinono Il est bon de placer une résistance non- linéaire aux bornes du secondaire du transformateur de courant à chaque extré- mité,afin d'éviter une élévation de tension anormale aux bornes du circuit pilote.
Le relais de protection, à chaque extrémité, peut être constitué par un relais polarisé, pourvu d'un enroulement d'excitation alimenté par le secondaire du transformateur de courant voisin et d'un enroulement de polari- sation alimenté par le signal reçu de l'autre extrémité. En variante, le re- lais de protection, à chaque extrémité, peut consister en un relais sensible alimenté par un transducteur dont l'enroulement d'excitation est alimenté par le secondaire du transformateur de courant voisin et l'enroulement de po- larisation est alimenté par le signal envoyé de l'autre extrémité.
L'invention peut être mise à exécution de différentes manières; les dessins annexés donnent des exemples du dispositif de signalisation confor- me à l'invention et de son application à la protection d'un feeder triphasé.
La Figo 1 montre le dispositif de signalisation sous sa forme la plus simple.
La Fig. 2 représente un dispositif de protection pratique conve- nable, et
La Figo 3 montre une variante du dispositif de la Fig. 2.
Le dispositif de signalisation simple de la Fig. 1 comprend un circuit local à chaque extrémité contenant une source de courant alternatif de signalisation A (ou A') et deux redresseurs en opposition BC (ou B'C') con- nectés en série avec la source A (ou A') , et une paire de fils pilotes D D' reliant les deux circuits locaux. A chaque extrémité, le point de jonction des deux redresseurs B et G (ou B' et C') est relié à un fil pilote D et une borne de la source A (ou A') est connectée à l'autre fil pilote D'. Il est é- quivalent que les deux points de jonction soient reliés par un même fil pilo- te, ou qu'un fil pilote soit relié au point de jonction à une extrémité et l'autre au point de jonction de l'autre extrémité.
A chaque extrémité un re- dresseur, C ou C', se trouve donc en shunt sur les extrémités des deux fils pilotes D, D', tandis que l'autre redresseur, B ou B', se trouve en série avec la source A (ou A'). Les deux redresseurs série B, B' sont connectés avec des polarités telles qu'ils permettent à un courant continu de circuler dans tout le circuit pilote, à travers les sources A et A'.
Un récepteur E (ou E') est mis en série avec le redresseur shunt C (ou C') dans la connexion shunt à chaque extrémité, et on peut voir facile- ment qu'un tel récepteur n'est pas capable de capter le signal produit par la source voisine A (ou A') parce que les redresseurs B et C (ou B' et C') se trouvent en opposition dans le circuit local, tout en pouvant recevoir le signal venant de la source éloignéeo Ou bien, il peut être intéressant, en cer- tains cas, d'employer un récepteur à résistance élevée en parallèle sur le re- dresseur shunt C.
Les courants de signalisation des deux extrémités peuvent donc cir-
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culer simultanément dans le circuit piloteet le rapport entre le signal reçu à une extrémité et le signal correspondant transmis de l'autre extrémité dépendra du rapport entre les deux signaux transmis.
Donc, si les deux signaux transmis, un à chaque extrémité, sont en phase entre eux avec la même amplitude,du courant circulera pendant une demi-période de la source A à une extrémité à travers le redresseur série ad- jacent B et un fil pilote D et retour à travers le redresseur shunt opposé C' et l'autre fil pilote D'. Ce courant ne peut pas traverser le redresseur série B' opposé, ce redresseur étant polarisé par la tension d'opposition plus élevée de la source éloignée A' (plus grande à cause de la chute de tension dans le fil pilote), tout en empêchant cette tension d'opposition de faire cir- culer du courant. De cette manière le récepteur éloigné E' est alimenté, pen- dant une demi-période, directement par la source A proche.
Pendant l'autre de- mi-période, la source A proche ne fait pas circuler de courant, mais le ré- cepteur E proche est alimenté directement par la source éloignée A'. Donc, le signal reçu à chaque extrémité est proportionnel au signal transmis par l'ex- trémité opposée et en phase avec lui.
Si, au contraire, les signaux transmis par les deux extrémités sont de même amplitude mais en opposition de phase, du courant circulera, pen- dant une demi-période, venant des deux sources A et A', dans le circuit pilo- te et à travers les deux redresseurs série B et B', mais aucun courant ne cir- culera à travers le redresseur shunt C ni à travers le redresseur C', puisque la tension résultante aux bornes de chaque redresseur shunt est de polarité opposée à la polarité de conduction de ces redresseurso Pendant l'autre demi- période, les redresseurs série B et B' s'opposent au passage du courant de chaque source.
Les deux redresseurs E et E' restent donc non alimentés, dans ce caso
Si les deux signaux transmis sont de même amplitude, mais s'ils sont déphasés entre eux d'un angle différent de 180 , les conditions sont in- termédiaires entre les deux cas extrêmes considérés ci-dessus. Pendant une demi-période, le courant ira de la source proche A à travers le récepteur éloigné E' pendant une fraction de ce temps, mais aucun courant ne passera dans l'un ou l'autre récepteur pendant le reste de la demi-période, et les conditions seront les mêmes pendant l'autre demi-période, durant une fraction de laquelle le récepteur E proche sera alimenté par la source A' éloignée.
La partie de chaque demi-période pendant laquelle du courant circule diminue au fur et à mesure que le déphasage augmente de 0 à 180 .
D'autres conditions consistent en deux signaux transmis d'ampli- tudes différentes, et dans le cas extrême où une des sources, A par exemple, est seule à transmettre, le courant de signalisation de cette source circu- lera pendant une demi-période sur deux dans le circuit pilote, en se divisant en deux dérivations à l'extrémité opposée, l'une à travers le redresseur shunt C' et le récepteur E' , l'autre à travers le redresseur série B' et la source A'
Quand ce dispositif de signalisation fait partie d'un réseau de protection pour protéger un feeder ou un autre circuit principal, comme la Fig.
2 le représente, la source de courant de signalisation à chaque extré- mité est constituée avantageusement par une partie de l'enroulement secondai- re F (ou F') d'un transformateur d'addition dont l'enroulement primaire G (ou C') est alimenté, à l'aide de prises appropriées, par des transformateurs de courant J1 J2 J3 couplés aux différentes phases H H H3 du circuit sous protection, l'arrangement étant tel qu'on obtienne une tension secondaire con- venable du transformateur d'addition FG (ou F'G'), pour chaque type de défaut dans le circuit principal sous protection, une telle tension secondaire repré- sentant avec précision les conditions de circulation du courant à l'extrémité correspondante du circuit protégée Les transformateurs FG,
F' G' aux deux ex- trémités sont identiques entre eux et sont bobinés avec des sens d'enroulement tels que (si les redresseurs série B B' étaient enlevés) les tensions secon- daires des deux transformateurs d'addition s'opposeraient dans le circuit pilote D D', quand le courant entrant dans le circuit sous protection H1 H2 H3
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à une extrémité;, est égal au courant quittant le circuit sous protection à l'autre extrémité et en phase avec lui.
Le déclenchement d'un coupe-circuit K (ou K') à chaque extrémité du circuit sous protection H1 H2 H3 dans le cas d'un défaut dans le circuit est commandé par un relais polarisé de protection pourvu d'un enroulement d' excitation L (ou L') alimenté suivant les conditions de circulation de courant à l'extrémité adjacente du circuit sous protection et d'un relais de polarisa- tion M (ou M') commandé par les conditions de circulation du courant à l'extré- mité opposée du circuit protégé.
L'enroulement d'excitation L (ou L') d'un tel relais est alimenté directement par l'enroulement secondaire F (ou F') du transformateur d'addition adjacent ou (comme représenté) par un enroulement tertiaire N (ou N') d'un tel transformateur, et le dispositif de signalisa- tion décrit ci-avant est utilisé pour alimenter l'enroulement de polarisa- tion M (ou M') du relais, cet enroulement de polarisation étant mis en série avec le redresseur shunt G (ou C') et constituant le récepteur du dispositif de signalisation.
Il ressort de la description donnée ci-dessus de la circulation du courant dans le circuit pilote D D' dans différentes circonstances, que, pendant certaines fractions du cycle alternatif,la tension secondaire du transformateur d'addition à chaque extrémité ne provoque pas le passage de courant dans le circuit secondaire, à cause de l'action des redresseurs.
Il est cependant important de maintenir,sans interruption, un flux alternatif dans le noyau d'un tel transformateur, afin d'éviter la saturation magnéti- que qui se produirait autrement et, quoiqu'il soit possible, avec un noyau de transformateur suffisant, de donner à l'enroulement d'excitation L (ou L') du relais de protection une valeur telle que sa charge soit très grande com- parée à la charge en courant continu du circuit pilote D D' et de charger ainsi suffisamment le secondaire du transformateur d'addition, il est gé- néralement préférable de prévoir un circuit secondaire supplémentaire qui chargera de façon voulue le secondaire, pendant les parties du cycle où le courant du secondaire F ou (F') du transformateur d'addition ne peut circuler dans le circuit pilote.
A cet effet, on n'utilise qu'une partie de l'enroulement secon- daire F (ou F') du transformateur d'addition à chaque extrémité comme source de courant de signal, et une autre partie du secondaire alimente un autre circuit de charge comprenant une résistance 0 (ou 0') et un redresseur P (ou P') avec une polarité opposée à celle du redresseur série B (ou B') du cir- cuit de signalisation, de façon que le courant circule dans cet autre cir- cuit de charge-pendant les parties du cycle où le redresseur série B (ou B') s'oppose au passage du courant dans le circuit de signalisation.
La résis- tance 0 (ou 0') de cet autre circuit de charge est choisie de façon à être égale à la résistance répartie du circuit pilote D D', y compris la résis- tance de l'enroulement-de polarisation M' (ou M) du relais à l'extrémité opposée, de manière à charger le transformateur d'addition de façon approxi- mativement constante durant le cycle complet.
Il faut aussi prévoir un moyen d'assurer, par exemple dans le cas d'un court-circuit franc, que la tension entre les deux fils pilotes D et D' ne dépasse pas la tension d'isolement de ces fils pilotes. Une façon de faire intéressante est de prévoir une résistance non-linéaire Q (ou Q') aux bornes de l'enroulement secondaire F (ou F') du transformateur d'addition à chaque extrémité. Cette résistance peut être du type commercial connu sous le nom de "Métrosil". La résistance Q (ou Q') aura pour effet de déformer l'onde de tension secondaire du transformateur, en transformant l'onde sinusoidale ha- bituelle en une onde à peu près rectangulaire, mais ceci n'a pas d'influence sur l'efficacité de la production, le changement principal concernant l'angle de phase.
La limitation de la tension par la résistance non-linéaire Q (ou Q') est déterminée par les caractéristiques de la résistance, et il est jugé pré- férable de choisir ces caractéristiques de façon que l'action limitatrice com- mence à environ deux fois la pleine charge, afin d'éviter qu'un courant normal circulant dans le circuit sous protection H1 H2 H@, ne porte pas les condi-
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tions de fonctionnement du dispositif de protection en cas de fautes, à une va- leur très élevée.
Avec cette disposition, le dispositif de protection fonction- nera par comparaison de phases et par comparaison d'amplitudes jusqu'à la ten- sion de limitation de la résistance non-linéaire et au delà par comparaison de phases seulement, et un bon fonctionnement est assuré même avec de faibles courants de surcharge fautive dans le cas de courants normaux de chargée
Le fonctionnement du dispositif de protection ressort déjà claire- ment de la description précédente du fonctionnement du circuit de signalisa- tion de base. Il faut considérer trois cas de fautes, notamment un défaut sur le circuit principal à 1-'extérieur du tronçon protégé H H@ H3, un défaut dans le tronçon protégé, alimenté par les deux extrémités du tronçon,et un défaut dans le tronçon protégé, alimenté par une extrémité un tronçon.
Dans le cas d'un défaut extérieur, les tensions secondaires des transformateurs d'addition aux deux extrémités sont en phase et de même ampli- tude. Par conséquent, pendant une demi-période, le courant de signalisation va du secondaire R à une extrémité, à travers le redresseur série adjacent B et un fil pilote D et revient à travers le redresseur shunt C' et l'enrou- lement de polarisation M' à l'autre extrémité et l'autre fil pilote D', tandis que pendant l'autre demi-période, un courant semblable circule dans l'enroule- ment secondaire éloigné F' et l'enroulement de polarisation proche Mo Les deux enroulements de polarisation M et M' sont donc alimentés pendant des demi-pé- riodes alternées, chacun par la tension secondaire de l'extrémité opposée.
Les enroulements d'excitation L et L' des relais sont continuellement alimentés par la tension secondaire de leur propre extrémité et la catactéristique de chaque relais est telle qu'il ne puisse déclencher dans de telles circonstan- ces, de sorte que les coupe-circuit K et K' restent fermés aux extrémités du tronçon protégé dans le cas d'un défaut extérieur au tronçon.
Dans le cas d'un défaut intérieur alimenté par les deux extrémités, les tensions secondaires des deux transformateurs d'addition aux deux extré- mités sont déphasées entre elles de 180 ( en supposant que le court-circuit soit suffisant pour complètement renverser le sens du courant à une extrémi- té du tronçon protégé). Dans ce cas, pendant une demi-période, du courant de signalisation circule, des deux secondaires F et F', à travers les redresseurs série B B' dans le circuit pilote, et aucun courant ne passe dans l'enroule- ment de polarisation M ou M', tandis que pendant l'autre demi-période, aucun courant ne circule d'un secondaire F ou F' dans les fils pilotes D D' ni dans les enroulements de polarisation M M'.
Ceux-ci restent donc constamment non alimentés, et les relais font déclencher les coupe-circuits K et K' aux deux extrémités, à cause de l'alimentation ininterrompue de leurs enroulements d' excitation L L'.
Dans le cas d'un défaut intérieur alimenté par une extrémité seu- lement, le transformateur d'addition de l'extrémité qui alimente a une tension secondaire qui alimente la bobine d'excitation du relais voisin L, tandis que le transformateur d'addition de l'autre extrémité n'est pas alimenté.
Par conséquent, aucun courant de signalisation ne passe dans l'enroulement de polarisation M de l'extrémité qui alimente et le relais fait déclencher le' coupe-circuit de cette extrémité du tronçon. L'enroulement de polarisation M' de l'autre extrémité est évidemment alimenté ( en parallèle avec le redresseur B' et l'enroulement secondaire F' de cette extrémité) pendant une demi-pério- de sur deux par l'enroulement secondaire F de l'extrémité qui alimente, mais cela n'a pas d'importance, puisque l'enroulement d'excitation du relais L' de cette extrémité n'est pas alimenté lui-même. Il suffit évidemment d'isoler le tronçon protégé à l'extrémité qui alimente la faute, si le tronçon peut être alimenté par un bout seulement.
Il reste à considérer le cas d'un défaut intérieur alimenté par les deux extrémités., quand le déphasage entre les courants pénétrant dans le tronçon protégé par les deux extrémités, est différent de 1800. Dans ce cas, les conditions sont intermédiaires entre celles d'un défaut extérieur et cel-
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les d'un défaut alimenté par les deux extrémités avec 1800 de déphasage, et chaque enroulement de polarisation M ou M' n'est alimenté que pendant une partie d'une demi-période sur deux, la partie dépendant du déphasage. Donc si le déphasage est 0 , chaque enroulement de polarisation reste désexcité pen- dant une demi-période et 0 de la demi-période suivante et est excité pendant le reste (180 - 0 ) de la demi-période.
Si # = 180 , les enroulements de po- larisation M M' restent désexcités sans interruption et si # = 0, leur exci- tation est maximum, et cette excitation des enroulements de polarisation aug- mente progressivement de zéro au maximum quand 8 passe de 180 à zéro. Dans de tels cas, le fonctionnement des relais de protection dépend de leurs régla- ges en fonction.des différences de phase et d9amplitude jusqualatension limi- te déterminée par la résistance non linéaire Q ou Q' et, au delà, de la dif- férence de phase seulement.
Chaque relais de protection peut prendre toute forme connue de relais polarisé, dont le fonctionnement dépend des valeurs relatives de la force de déclenchement de l'enroulement d'excitation L et de la force de ré- sistance de l'enroulement de polarisation M.
La Fig. 3 représente, en variante, un relais sensible R (par exemple un relais à courant continu alimenté par des redresseurs à deux demi- alternances R') qui peut être associé à un transducteur, pouvant consister par exemple en un noyau S à trois branches, la branche médiane portant l'enroule- ment de polarisation M et l'enroulement d'excitation L étant également répar- ti sur les deux branches extérieures, avec un enroulement secondaire T aussi également réparti sur les branches extérieures pour exciter le relais R et un enroulement de filtrage court-circuité U sur la branche médiane.
Le transduc- teur doit être du type à commande par courant, puisque le signal de polarisa- tion sert à empêcher le fonctionnement du relais R, et la source de courant nécessaire pour l'enroulement d'excitation L peut être l'enroulement secon- daire F du transformateur d'addition avec une résistance élevée V en série.
Il est parfois utile de mettre un redresseur en série avec l'enroulement de filtrage U, pour rendre la sortie du transducteur dépendante du déphasage entre les courants d'excitation et de polarisation et de la différence de leurs amplitudes.
Les dispositifs décrits ci-dessus Pont été à titre d'exemple seu- lement et beaucoup de modifications peuvent y être apportées,,sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS 1. -Dispositif de signalisation électrique bilatéral'utilisant une seule paire de 'ìls pilotes, avec, à chaque extrémité, une source de cou- rant de signalisation et un récepteur pour capter un signal de la source de l'extrémité opposée, caractérisé en ce que deux redresseurs série sont con- nectés en série avec le circuit pilote, respectivement aux deux extrémités de celui-ci, dans des sens tels quun courant à sens unique puisse circuler dans tout le circuit pilote en traversant les deux sources, et, à chaque ex- trémité, un redresseur shunt connecté en shunt sur les deux fils pilotes, cô- té fil pilote du redresseur série associé,
chaque redresseur shunt étant oppo- sé en polarité au redresseur série adjacent dans le circuit local contenant la course et la connexion shunt.