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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE CIRCUITS A FILS PILOTES DE PROTECTION
ET AUTRES.
L'invention concerne un dispositif de circuit à fils pilotes et, tout en étant applicable à d'autres cas, elle est plus spécialement destinée à ètre utilisée dans un appareil de protection électrique pour protéger un feeder ou autre circuit électrique principal.
Il est souvent utile de protéger un feeder par des fils pilotes du type employé dans les circuits téléphoniques des Postes et Télégraphes. Ces fils ont une résistance parallèle relativement élevée et une capacité élec- trostatique mutuelle forte, la tension maximum permise entre deux fils d'une paire étant de l'ordre d'une centaine de volts. Il est clair, qu'avec de telles caractéristiques, ces fils ne conviennent pas très bien pour les cas habituels d'utilisation des circuits pilotes Merz-Price et d'autres dispositifs de protection.
Le but principal de la présente invention est donc de procurer un dispositif de circuit qui, tout en pouvant remplir les conditions nécessaires à la protection, peut ètre utilisé aussi bien avec les fils pilotes à caractéristiques du type téléphonique qu'avec les fils pilotes du type ordinairement utilisés-pour la protection.
Le dispositif de circuit à fils pilotes suivant l'invention comprend une paire de fils pilotes alimentés, à chaque bout, par une source de tension, deux redresseurs en opposition, un à chaque bout et en série avec le circuit pilote, une résistance dans un circuit shunt aux bornes de chacun de ces redresseurs série, un redresseur shunt à chaque bout, dans un circuit shunt aux bornes des fils pilotes, côté fil pilote du redresseur série asso- cié, et des dispositifs, à chaque bout, répondant au passage du courant dans un des deux redresseurs. La résistance en shunt aux bornes du redresseur série à chaque bout n'est, de préférence, pas inférieure à la résistance des fils pilotes.
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Afin de s-assurer contre le risque de mauvais fonctionnement provenant d'un croisement, par négligence, des fils pilotes, il est parfois indiqué de prévoir à chaque bout un redresseur supplémentaire placé dans un conducteur faisant partie de et commun à deux circuits shunts comprenant respectivement la résistance et le redresseur shunt, la polarité du redresseur supplémentai- re étant opposée à celle du redresseur shunt.
Le disposiii f répondant au courant, placé à chaque bout, peut prendre diverses formes suivant le cas d'application. Dans un arrangement simple, ce dispositif consiste en un relais à courant continu en série avec le redres- seur shunt. Dans un autre arrangement, ce dispositif consiste en un transduc-' teur à commande par tension ayant un enroulement de commande en série avec le redresseur shunt et un enroulement d'exécution convenablement alimenté en courant alternatif, en série avec un relais. Le transducteur peut être du type à redresseur auxiliaire en shunt sur l'enroulement de commande et de po- larité opposée à celle du redresseur shunt.
Quand ce dispositif est utilisé dans un but de protection, la source de tension à chaque bout peut avantageusement consister en un transformateur de courant alimenté suivant les conditions de passage de courant dans le cir- cuit principal protégé.
Dans ce cas, si le dispositif répondant au courant consiste en un trans- ducteur, l'enroulement à courant alternatif de ce dernier peut ètre alimenté par un enroulement secondaire auxiliaire du transformateur de courant dont le secondaire principal alimente le circuit pilote, ou par l'enroulement se- condaire d'un transformateur de courant distinct alimenté suivant les condi- tions de passage de courant dans le circuit protégé. Dans tous les cas on prévoit, de préférence, des moyens pour limiter la tension appliquée au re- lais et à l'enroulement d'exécution du transducteur. Un dispositif limiteur de tension de ce genre peut comprendre une paire de redresseurs connectés en antiparallèle aux bornes du relais et de l'enroulement d'exécution du transducteur, l'ensemble étant alimenté par l'enroulement secondaire, en sé- rie avec une résistance.
Des moyens sont aussi prévus, de préférence, pour limiter la tension appliquée au circuit pilote par le secondaire principal du transformateur de courant. Ces moyens peuvent comprendre une impédance non linéaire aux bornes de l'enroulement secondaire principal, ou âlternativement, un limiteur de tension comprenant une impédance non linéaire et une impédance linéaire en série aux,bornps de l'enroulement secondaire principal et connectées au circuit pilote-dentelle façon que celui-ci reçoive des deux impédances des tensions en opposition.
Une des deux impédances est connectée avantageusement d'un côté à une extrémité de l'enroulement secondaire principal et, de l'au- tre coté, au point de jonction de deux enroulements reliés respectivement à l'autre extrémité de l'enroulement secondaire principal et au circuit pilote,, ces deux enroulements réunis constituant un transformateur ayant un troisième enroulement chargé par l'autre impédance.
Un exemple d'emploi de l'invention pour d'autres buts que la protection peut consister dans la mesure du déphasage de deux tensions de même amplitude, une à chaque bout du circuit pilote, le dispositif répondant au courant étant, à chaque bout, un appareil de-mesure, en série avec un redresseur shunt.
L'invention peut être mise à exécution de différentes manières, et . certaines formes'd'exécution sont représentées, à titre d'exemple, aux des- sins annexés,dans lesquels
La figure 1 représente le circuit à fils pilotes de base conforme à l'invention, sous sa forme la plus simple.
La figure 2 montre l'application de ce circuit simple à un dispositif de protection du type Merz-price pour un feeder triphasé.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement deux variantes pour limiter la tension appliquée au circuit pilote.
La figure 5 donne une autre modification dans laquelle le relais est
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attaqué par un transducteur.
La figure 6 montre un arrangement pour réduire les risques de fonc- tionnement erroné, si les fils pilotes étaient croisés fortuitement.
La figure 7 représente un dispositif de protection préféré, et
La figure 8 représente une application du circuit à fils pilotes conforme à l'invention, pour la mesure du déphasage entre les sources de tension aux deux bouts du circuit pilote.
Le dispositif simple de base représenté à la figure 1 comprend deux fils pilotes Al A2, qui peuvent consister par exemple en une paire télé- phonique, et un circuit local à chaque bout. Un circuit local de ce genre comprend une source de tension alternative B ou b représentée à titre d'exem- ple par un enroulement secondaire de transformateur, un redresseur monopha- sé C ou c shunté par une résistance D ou d et connecté en série entre une borne de la source B ou b et un des fils pilotes Al, et un circuit shunt connecté d'un côté au point de jonction du redresseur série C ou c et du premier fil pilote Al et, de l'autre côté, au point de jonction du second fil pilote A2 et de l'autre borne de la source B ou b, un tel circuit shunt comprenant en série un redresseur monophasé E ou e et un simple relais à courant continu F ou f.
Les deux redresseurs série Cc, un à chaque bout du premier fil pilote Al, sont connectés l'un à l'autre en opposition et, dans le circuit local à chaque bout, le redresseur série C (ou c) et le redresseur shunt E (ou e) sont connectés l'un à l'autre en opposition. Les deux sour- ces de tension Bb sont ainsi connectées au circuit que, lorsqu'elles sont en phase, elles s'assisteraient (s'il n'y avait pas de redresseurs) à faire cir- culer le courant dans le circuit pilote. La valeur de la résistance shunt D ou d à chaque bout n'est pas inférieure à la résistance totale des deux fils pilotes Al et A2.
Le fonctionnement du circuit dans différentes circonstances sera dé- crit maintenant, et pour faciliter l'exposé, une des extrémités sera dénommée "départ" et l'autre extrémité "arrivée".
Dans le cas, considéré en premier lieu, où les deux sources B et b sont en phase, le sens de circulation du courant pendant une demi-période est tel que le redresseur C à l'extrémité "départ" le laisse passer, pendant cette demi-période la résistance shunt D coté départ est court-circuitée par le redresseur série C, tandis que còté arrivée le redresseur série .± s'oppose au passage du courant qui peut donc passer dans la résistance shunt d, Aucun courant ne circule dans le circuit de redresseur shunt EF coté départ pendant cette demi-période, puisque la différence de potentiel à ses bornes est de polarité opposée à celle du redresseur E.
Coté arrivée, au contraire, la différence de potentiel aux bornes du circuit de redresseur shunt e f dépend des valeurs relatives de la résistance shunt d coté arrivée et de la résistance du fil pilote, par où le courant circule. Si ces deux résistances sont égales, les deux extrémités du circuit de redresseur shunt coté arrivée e f sont des points équipotentiels et aucun courant ne circule dans ce circuit.
Du courant ne pourrait passer dans le redresseur shunt e còté arrivée pendant cette demi-période, que si la résistance du fil pilote était supérieure à la résistance shunt d. En rendant cette dernière supérieure à la résistance du fil pilote, il est encore plus difficile que du courant circule dans le redresseur shunt còté arrivée et la stabilité est renforcée.
Pendant cette demipériode, aucun courant ne passe donc dans aucun des relais F et f, et il en est de même dans l'autre demi-période, les conditions étant renversées au départ et à l'arrivée,
Dans cette description, il a été supposé que les tensions des deux sources Bb ont la même amplitude, mais l'augmentation de stabilité précitée obtenue en rendant les résistances shunt Db chacune supérieure à la résistance du fil pilote, fait qu'aucun courant ne passe dans l'un ou l'autre relais F ou f quand les deux tensions sont différentes l'une de l'autre d'une quantité fonction de la différence entre une résistance shunt ou l'autre et la résistance du fil pilote.
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Dans le cas où les deux tensions sont égales mais déphasées entre elles de 180 , les deux redresseurs série Cc s'opposent au passage du courant pendant une demi-période, et le courant peut donc circuler dans les circuits locaux (comprenant chacun la résistance shunt D ou d et le redresseur shunt E ou e) aux deux bouts, aucun courant ne circulant cependant dans les fils pilotes Al A2, puisque les deux tensions sont égales et opposées. Pendant l'autre demi-période, les redresseurs série G et c court-circuitent les résistances shunts D et d aux deux bouts, et les redresseurs shunts E et 8 s'opposent au passage du courant dans les circuits shunts Comme les tensions sont équilibrées, aucun courant ne circule pendant cette demi-période.
Quand les deux tensions sont donc en opposition de phase, du courant circule dans les relais F et f aux deux bouts, durant des demi-périodes alternées. Quand les deux tensions sont inégales et en opposition de phase, les mêmes conditions s'appliquent, mais les intensités des courants dans les deux relais sont différentes.
Si les deux tensions sont déphasées entre elles d'un angle autre que 180 , les intensités des courants dans les deux relais sont fonction¯de l'angle de déphasage.
Dans le cas où une.des deux tensions (b à l'arrivée par exemple) est supprimée, du courant circule pendant une demi-période dans la résistance shunt D côté départ et le redresseur shunt E côté départ, tandis que, pendant l'autre demi-période, du courant circule dans le redresseur série C còté départ et le circuit pilote Al et A2 ainsi que la résistance shunt d còté arrivée, mais aucun courant ne circule dans aucun des redresseurs shunt E ou e. Dans ce cas donc, du courant traverse le relais F côté départ pendant une demi-période sur deux, mais aucun courant ne traverse le relais 1. côté arrivée.
Il ressort clairement que le circuit de base simple décrit ci-avant convient très bien dans un dispositif de protection du type Merz-Price à équilibrage des courants; dans ce cas, la source de tension à chaque bout consiste (voir figure 2) en un enroulement secondaire B ou b d'un transformateur d'addition dont l'enroulement primaire à prise Bl ou bl est alimenté de telle fa- çon par des transformateurs de courant Gl G2¯G3 ou gl g2 g3 placés dans les trois phases H1 H2 H3 du circuit principal à protéger, qu'il donne une sortie secondaire pour tous types de défauts sur le circuit principal, le relais F ou f à chaque bout commandant le déclenchement d'un disjoncteur J ou 1 près du bout de ligne correspondant, de la manière habituelle.
Les trois cas décrits avant pour le circuit simple de base correspondent respectivement à un défaut extérieur de la section de feeder protégée, à un défaut intérieur appelant le courant des deux extrémités et à un défaut intérieur appelant le cou- rant d'un cté seulement, les relais intervenant pour déconnecter le feeder (aux deux bouts ou du côté alimentation seulement) dans les deux derniers cas, mais ne bougeant pas dans le cas d'un défaut extérieur. Les relais F f utili- sés peuvent être des relais à courant continu, puisqu'ils sont alimentés par des impulsions de courant unidirectionnelles.
Il faut noter spécialement que le risque d'opérations erronées, dû à des courants capacitifs entre les fils pilotes A1 et A2, est fortement réduit dans la forme d'exécution de .l'invention, et ceci est important dans le cas d'utilisation, comme circuit pilote, d'une paire téléphonique des Postes et Télégraphes.,
Un autre grand avantage de l'invention, à ce point de vue, est de pouvoir utiliser un dispositif de protection du type Merz-Price à équilibrage es courants avec deux fils pilotes seulement au lieu des trois fils habituels, puisqu'on obtient en effet des paires de points équipotentiels aux deux bouta du circuit pilote, au lieu de la paire unique habituelle de points équipotentiels aux extrémités opposées qui exige le troisième fil pilote pour établir la connexion.
Il faut habituellement, quand on utilise comme fils pilotes une paire téléphonique.,, prévoir des moyens pour limiter la tension appliquée au circuit pilote. Ceci peut se faire, par exemple (voir fig. 3), en prévoyant une
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résistance non-linéaire K aux bornes de l'enroulement secondaire de transfor- mateur B. De préférence cependant, on utilise un circuit limiteur de tension comprenant une impédance non-linéaire et une impédance linéaire placées en sé- rie aux bornes de l'enroulement secondaire B et connectées de telle façon au circuit pilote Al A2 que celui-ci reçoive des deux impédances des tensions en opposition.
Dans un tel arrangement (voir figure 4) une impédance non linéaire L est connectée d'un cté à une extrémité de l'enroulement secondai- re de transformateur B et de l'autre coté au point de jonction de deux enrou- lements M Ml, dont l'un est relié à l'autre extrémité de l'enroulement secon- daire de transformateur B, tandis que l'autre est connecté au redresseur sé- rie C et à la résistance shunt D, ces deux enroulements M Ml réunis consti- tuant un transformateur avec un troisième enroulement M2 chargé par une résis- tance linéaire N.
Quoiqu'un dispositif de protection de ce genre puisse se contenter d'un simple relais à courant continu dans le circuit du redresseur shunt, il est parfois préférable d'utiliser des moyens pour isoler le relais du circuit pi- lote. Ceci peut se faire en utilisant un transducteur à commande par tension, et on peut ainsi en outre, si on le désire, amplifier le courant du relais, de déclenchement.
Dans un exemple d'une telle variante représenté à la figure 5, le transducteur comprend un noyau à trois branches 0 portant un enroulement de commande à courant continu 01 glissé sur la branche centrale et un enroule- ment d'exécution à courant alternatif composé de deux moitiés glissées sur les branches extérieures et reliées en série. L'enroulement de commande à courant continu 0l est mis en série avec le redresseur shunt E, et le relais F est relié, par l'intermédiaire d'un redresseur à double alternance en pont P, en série avec l'enroulement d'exécution à courant alternatif 02 03 dans un circuit alimenté par une source convenable de courant alternatif qui peut consister en un transformateur d'addition alimenté par les transformateurs de courant dans le circuit principal protégé.
Dans l'exemple donné, on utilise le même transformateur d'addition Bl B que celui qui alimente le circuit pilote Al A2,mais avec un enroulement secondaire supplémentaire B2. Il est bon habituellement dans ce cas, de prévoir un limiteur de tension qui empêche que des tensions exagérées ne soient appliquées au transducteur, pendant le passage de courants de court-circuit importants dans le circuit principal, et, dans l'exemple donné, ce limiteur de tension consiste en deux redresseurs Q Q1 connectés en anti-parallèle aux bornes du relais F et de l'enroulement d'exécution 02 03 du transducteur, la tout en série avec une résistance R aux bornes de l'enroulement secondaire supplémentaire B2. Il est préférable de connecter, comme représenté, un redresseur auxiliaire O1 aux bornes de l'enroulement de commande 01 du transducteur.
En utilisant, comme fils pilotes Al A2, une paire téléphonique, il peut y avoir certaines chances que les deux fils de la paire soient fortuitement croisés, ce qui provoquerait évidemment un fonctionnement erroné du dispositif. Il est donc préférable de constituer le circuit de manière à minimiser le risque de fonctionnement erroné, si les fils étaient croisés. Ceci peut ètre obtenu@facilement on,ajoutant, à chaque bout, un redresseur supplémen= taire (voir figure 6); la connexion erronée des fils pilotes est indiquée en traits de chaînette, et la connexion exacte en traits interrompus.
Le redresseur supplémentaire S ou s est mis en série dans un conducteur commun au circuit du redresseur shunt et au circuit de la résistance shunt, la polarité de ce redresseur étant opposée à celle du redresseur shunt E ou e. On peut montrer que ce redresseur supplémentaire n'affecte pas le fonctionnement du dispositif si les deux fils pilotes Al A2 sont connectés correctement, alors que si ces fils sont croisés, le courant d'excitation qui passerait erronément dans le relais F ou ! est réduit, puisqu'il doit aussi traverser la résistance shunt D ou de ce qui réduit fortement le risque d'un fonctionnement erroné.
Un dispositif de protection complet préféré, incorporant les modifications décrites avec référence aux figures 4, 5 et 6, est représenté à la figure 7, et son fonctionnement ne demande pas d'autres explications, pour ètre
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clair.
Quoique le circuit pilote de l'invention soit principalement destiné à "tre utilisé dans un dispositif de protection Merz-Price de la manière décrite ci-avant, il peut aussi être utilisé à d'autres effets. Un exemple d'application différente est la mesure du déphasage de deux sources de tension de même amplitude, une à chaque bout d'un long circuit pilote, quand on désire indiquer la mesure simultanément aux deux bouts. Dans un tel cas, le dispositif utilisé suit dans ses grandes lignes celui utilisé pour un cas de protection, avec cette différence que le relais à courant continu F ou ! à chaque bout est remplacé par un appareil de mesure T ou t, comme représenté à la figure 8 pour le cas du circuit de base simple.
On peut montrer que, lorsque le courant passant dans chaque appareil de mesure T ou t est porté en fonction de l'angle de déphasage à mesurer, la courbe obtenue est de forme apériodique et ressemble un peu à une onde sinusoïdale, le courant étant nul pour un déphasage de 1800 et maximum pour un déphasage nul.
Le dispositif suivant l'invention est spécialement avantageux pour une telle mesure, parce que la valeur zéro du courant est indépendante de la capacité du pilote.
REVENDICATIONS.
1.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes, avec une paire de fils pilotes alimentés par une source de tension à chaque bout, caractérisé en ce que deux redresseurs en opposition sont connectés en série avec le circuit pilote, un à chaque bout, chaque redresseur série ayant à ses bornes un circuit shunt, et un redresseur shunt est aussi prévu à chaque bout dans un circuit shunt aux bornes des fils pilotes coté fil pilote du redresseur série associé, des moyens étant prévus à chaque bout qui répondent au passage de courant dans un des deux redresseurs"
2.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance en shunt sur le redresseur série à chaque bout a une valeur non inférieure à celle de la résistance des fils pilotes.
3. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un redresseur supplémentaire à chaque bout est placé dans un conducteur faisant partie de et commun aux deux circuits shunts comprenant respectivement la résistance et le redresseur shunt, la polarité d'un tel redresseur supplémentaire étant opposée à celle du redresseur shunt.
4.- Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif répondant au courant à chaque bout comprend un relais à courant continu en série avec le redresseur shunt.
5. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif répondant au courant ä chaque bout consiste en un transducteur à commande par tension ayant un enroulement de commande en série avec le redresseur shunt et un enroulement d'exécution à courant alternatif convenablement alimenté en série avec un relais.
6. - Dispositif de circuit électrique à fils pilotes suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le transducteur est du type comprenant un redresseur auxiliaire en shunt par son enroulement de commande et avec une polarité opposée à celle du redresseur shunt.
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IMPROVEMENTS TO PROTECTIVE PILOT WIRE CIRCUIT DEVICES
AND OTHERS.
The invention relates to a pilot wire circuit device and, while being applicable to other cases, it is more especially intended to be used in an electrical protection apparatus for protecting a feeder or other main electrical circuit.
It is often useful to protect a feeder by pilot wires of the type used in the telephone circuits of Posts and Telegraphs. These wires have a relatively high parallel resistance and a strong mutual electrostatic capacitance, the maximum voltage allowed between two wires of a pair being of the order of a hundred volts. It is clear that with such characteristics these wires are not very suitable for the usual cases of use of Merz-Price pilot circuits and other protection devices.
The main object of the present invention is therefore to provide a circuit device which, while being able to fulfill the conditions necessary for protection, can be used both with pilot wires with telephone type characteristics and with pilot wires of the type. ordinarily used - for protection.
The pilot wire circuit device according to the invention comprises a pair of pilot wires supplied, at each end, by a voltage source, two rectifiers in opposition, one at each end and in series with the pilot circuit, a resistor in a shunt circuit at the terminals of each of these series rectifiers, a shunt rectifier at each end, in a shunt circuit at the terminals of the pilot wires, on the pilot wire side of the associated series rectifier, and devices, at each end, responding to the passage of the current in one of the two rectifiers. The shunt resistance across the series rectifier at each end is preferably not less than the resistance of the pilot wires.
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In order to ensure against the risk of malfunction resulting from a crossing, by negligence, of the pilot wires, it is sometimes advisable to provide at each end an additional rectifier placed in a conductor forming part of and common to two shunt circuits comprising the resistor and the shunt rectifier respectively, the polarity of the additional rectifier being opposite to that of the shunt rectifier.
The disposiii f responding to the current, placed at each end, can take various forms depending on the application. In a simple arrangement, this device consists of a direct current relay in series with the shunt rectifier. In another arrangement, this device consists of a voltage controlled transducer having a control winding in series with the shunt rectifier and a suitably supplied AC working winding in series with a relay. The transducer may be of the type with an auxiliary rectifier shunted on the control winding and of the opposite polarity to that of the shunt rectifier.
When this device is used for protection purposes, the voltage source at each end can advantageously consist of a current transformer supplied according to the conditions of current flow in the protected main circuit.
In this case, if the device responding to the current consists of a transducer, the alternating current winding of the latter can be supplied by an auxiliary secondary winding of the current transformer, the main secondary of which supplies the pilot circuit, or by the the secondary winding of a separate current transformer supplied according to the conditions of current flow in the protected circuit. In all cases, provision is preferably made for means for limiting the voltage applied to the relay and to the execution winding of the transducer. A voltage limiting device of this type may comprise a pair of rectifiers connected in antiparallel to the terminals of the relay and of the execution winding of the transducer, the whole being supplied by the secondary winding, in series with a resistor. .
Means are also preferably provided for limiting the voltage applied to the pilot circuit by the main secondary of the current transformer. These means may comprise a nonlinear impedance across the main secondary winding, or alternatively, a voltage limiter comprising a nonlinear impedance and a linear impedance in series at the terminals of the main secondary winding and connected to the driver circuit. lace so that it receives from the two impedances opposing voltages.
One of the two impedances is advantageously connected on one side to one end of the main secondary winding and, on the other hand, to the junction point of two windings connected respectively to the other end of the main secondary winding. and to the pilot circuit, these two windings together constituting a transformer having a third winding loaded by the other impedance.
An example of use of the invention for purposes other than protection may consist in measuring the phase shift of two voltages of the same amplitude, one at each end of the pilot circuit, the device responding to the current being, at each end, a measuring device, in series with a shunt rectifier.
The invention can be implemented in different ways, and. certain forms of execution are shown, by way of example, in the accompanying drawings, in which
FIG. 1 represents the basic pilot wire circuit according to the invention, in its simplest form.
Figure 2 shows the application of this simple circuit to a Merz-price type protection device for a three-phase feeder.
FIGS. 3 and 4 respectively represent two variants for limiting the voltage applied to the pilot circuit.
Figure 5 gives another modification in which the relay is
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attacked by a transducer.
Figure 6 shows an arrangement for reducing the risk of erroneous operation if the pilot wires were accidentally crossed.
Figure 7 shows a preferred protection device, and
FIG. 8 represents an application of the pilot wire circuit according to the invention, for measuring the phase shift between the voltage sources at the two ends of the pilot circuit.
The basic simple device shown in FIG. 1 comprises two pilot wires A1 A2, which may for example consist of a telephone pair, and a local circuit at each end. A local circuit of this kind comprises an alternating voltage source B or b represented by way of example by a secondary winding of a transformer, a single-phase rectifier C or c shunted by a resistor D or d and connected in series between a terminal of the source B or b and one of the pilot wires Al, and a shunt circuit connected on one side to the junction point of the series rectifier C or c and the first pilot wire Al and, on the other side, to the point junction of the second pilot wire A2 and the other terminal of the source B or b, such a shunt circuit comprising in series a single-phase rectifier E or e and a simple direct current relay F or f.
The two Cc series rectifiers, one at each end of the first pilot wire Al, are connected to each other in opposition and, in the local circuit at each end, the series C rectifier (or c) and the shunt rectifier E (or e) are connected to each other in opposition. The two voltage sources Bb are thus connected to the circuit that, when they are in phase, they would assist (if there were no rectifiers) in making the current circulate in the pilot circuit. The value of the shunt resistance D or d at each end is not less than the total resistance of the two pilot wires Al and A2.
Operation of the circuit under different circumstances will now be described, and for ease of discussion, one end will be referred to as "start" and the other end "end".
In the case, considered in the first place, where the two sources B and b are in phase, the direction of flow of the current during a half-period is such that the rectifier C at the "departure" end lets it pass, during this half-period the shunt resistor D on the outgoing side is short-circuited by the series C rectifier, while on the incoming side the series rectifier. ± opposes the flow of current which can therefore flow through shunt resistor d. No current flows through the shunt rectifier circuit EF on the outgoing side during this half-period, since the potential difference at its terminals is of opposite polarity to that of rectifier E.
On the incoming side, on the contrary, the potential difference at the terminals of the shunt rectifier circuit e f depends on the relative values of the shunt resistance on the incoming side and on the resistance of the pilot wire, through which the current flows. If these two resistances are equal, the two ends of the shunt rectifier circuit on the input side e f are equipotential points and no current flows in this circuit.
Current could only flow through the incoming-side shunt rectifier during this half-period if the resistance of the pilot wire was greater than the shunt resistance d. By making the latter greater than the resistance of the pilot wire, it is even more difficult for current to flow through the incoming side shunt rectifier and stability is enhanced.
During this half-period, no current therefore passes through any of the relays F and f, and it is the same in the other half-period, the conditions being reversed at the start and at the finish,
In this description, it has been assumed that the voltages of the two sources Bb have the same amplitude, but the aforementioned increase in stability obtained by making the shunt resistors Db each greater than the resistance of the pilot wire, so that no current passes in either relay F or f when the two voltages are different from each other by an amount depending on the difference between one shunt resistance or the other and the resistance of the pilot wire.
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In the case where the two voltages are equal but out of phase with each other by 180, the two Cc series rectifiers oppose the flow of current for a half-period, and the current can therefore flow in the local circuits (each comprising the shunt resistor D or d and the shunt rectifier E or e) at both ends, no current however circulating in the pilot wires A1 A2, since the two voltages are equal and opposite. During the other half-period, the series rectifiers G and c short-circuit the shunt resistors D and d at both ends, and the shunt rectifiers E and 8 oppose the flow of current in the shunt circuits As the voltages are balanced , no current flows during this half-period.
When the two voltages are therefore in phase opposition, current flows through relays F and f at both ends, during alternating half-periods. When the two voltages are unequal and in phase opposition, the same conditions apply, but the strengths of the currents in the two relays are different.
If the two voltages are out of phase with each other by an angle other than 180, the strengths of the currents in the two relays are a function of the phase angle.
In the event that one of the two voltages (b at the inlet for example) is removed, current flows for half a period in the shunt resistor D on the outgoing side and the shunt rectifier E on the outgoing side, while, during the another half-period, current flows in the series C rectifier on the outgoing side and the pilot circuit A1 and A2 as well as the shunt resistor on the incoming side, but no current flows in any of the shunt rectifiers E or e. In this case therefore, current flows through relay F on the outgoing side for half a period out of two, but no current flows through relay 1. on the incoming side.
It is clear that the simple basic circuit described above is very suitable in a protection device of the Merz-Price type with current balancing; in this case, the voltage source at each end consists (see figure 2) of a secondary winding B or b of an addition transformer whose primary winding with tap Bl or bl is supplied in such a way by current transformers Gl G2¯G3 or gl g2 g3 placed in the three phases H1 H2 H3 of the main circuit to be protected, whether it gives a secondary output for all types of faults on the main circuit, relay F or f at each end controlling the tripping of a circuit breaker J or 1 near the corresponding end of line, in the usual way.
The three cases described above for the basic single circuit correspond respectively to an external fault of the protected feeder section, to an internal fault drawing current from both ends and to an internal fault drawing current from one side only, the relays intervening to disconnect the feeder (at both ends or on the supply side only) in the last two cases, but not moving in the event of an external fault. The relays F f used can be direct current relays, since they are supplied by unidirectional current pulses.
It should be noted especially that the risk of erroneous operations, due to capacitive currents between the pilot wires A1 and A2, is greatly reduced in the embodiment of the invention, and this is important in the case of use. , as pilot circuit, of a telephone pair of Posts and Telegraphs.,
Another great advantage of the invention, from this point of view, is to be able to use a protection device of the Merz-Price type with current balancing with two pilot wires only instead of the usual three wires, since in fact one obtains pairs of equipotential points at both ends of the pilot circuit, instead of the usual single pair of equipotential points at opposite ends which requires the third pilot wire to make the connection.
When a telephone pair is used as pilot wires, it is usually necessary to provide means for limiting the voltage applied to the pilot circuit. This can be done, for example (see fig. 3), by providing a
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non-linear resistance K at the terminals of the secondary winding of transformer B. Preferably, however, a voltage limiting circuit is used comprising a non-linear impedance and a linear impedance placed in series at the terminals of the winding secondary B and connected in such a way to the pilot circuit A1 A2 that the latter receives opposing voltages from the two impedances.
In such an arrangement (see figure 4) a nonlinear impedance L is connected on one side to one end of the secondary transformer winding B and on the other side to the junction point of two windings M Ml , one of which is connected to the other end of the secondary transformer winding B, while the other is connected to the series rectifier C and to the shunt resistor D, these two windings M Ml together constitute - killing a transformer with a third M2 winding loaded by a linear resistor N.
Although a protection device of this kind may be satisfied with a simple direct current relay in the shunt rectifier circuit, it is sometimes preferable to use means to isolate the relay from the pilot circuit. This can be done using a voltage controlled transducer, and thus, if desired, the current of the trip relay can be further amplified.
In an example of such a variant shown in FIG. 5, the transducer comprises a three-branched core 0 carrying a direct current control winding 01 slipped over the central branch and an alternating current execution winding composed of two halves slipped on the outer branches and connected in series. The direct current control winding 0l is put in series with the shunt rectifier E, and the relay F is connected, via a full-wave rectifier in P-bridge, in series with the execution winding alternating current 02 03 in a circuit supplied by a suitable source of alternating current which may consist of an addition transformer supplied by the current transformers in the protected main circuit.
In the example given, the same addition transformer B1 B is used as that which supplies the pilot circuit A1 A2, but with an additional secondary winding B2. It is usually good in this case to provide a voltage limiter which prevents exaggerated voltages from being applied to the transducer, during the passage of large short-circuit currents in the main circuit, and, in the example given, this voltage limiter consists of two rectifiers Q Q1 connected in anti-parallel to the terminals of relay F and the execution winding 02 03 of the transducer, all in series with a resistance R across the terminals of the additional secondary winding B2. It is preferable to connect, as shown, an auxiliary rectifier O1 to the terminals of the control winding 01 of the transducer.
By using a telephone pair as pilot wires A1 A2, there may be certain chances that the two wires of the pair are accidentally crossed, which would obviously cause the device to function incorrectly. It is therefore preferable to constitute the circuit in such a way as to minimize the risk of erroneous operation, if the wires were crossed. This can be easily obtained by adding, at each end, an additional rectifier (see figure 6); the incorrect connection of the pilot wires is indicated in chain lines, and the exact connection in broken lines.
The additional rectifier S or s is placed in series in a conductor common to the circuit of the shunt rectifier and to the circuit of the shunt resistor, the polarity of this rectifier being opposite to that of the shunt rectifier E or e. It can be shown that this additional rectifier does not affect the operation of the device if the two pilot wires Al A2 are connected correctly, while if these wires are crossed, the excitation current which would pass erroneously through the relay F or! is reduced, since it must also pass through the shunt resistor D or which greatly reduces the risk of incorrect operation.
A preferred complete protective device, incorporating the modifications described with reference to Figures 4, 5 and 6, is shown in Figure 7, and its operation does not require further explanation to be taken.
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clear.
Although the pilot circuit of the invention is mainly intended to be used in a Merz-Price protection device in the manner described above, it can also be used for other effects. An example of a different application is the measurement of the phase shift of two voltage sources of the same amplitude, one at each end of a long pilot circuit, when it is desired to indicate the measurement simultaneously at both ends. In such a case, the device used broadly follows that used for a case of protection, with this difference that the direct current relay F or! at each end is replaced by a measuring device T or t, as shown in figure 8 for the case of the simple basic circuit.
It can be shown that, when the current flowing through each measuring device T or t is taken as a function of the phase shift angle to be measured, the curve obtained is aperiodic in shape and looks a bit like a sine wave, the current being zero for a phase shift of 1800 and maximum for a zero phase shift.
The device according to the invention is especially advantageous for such a measurement, because the zero value of the current is independent of the capacity of the pilot.
CLAIMS.
1.- Electrical circuit device with pilot wires, with a pair of pilot wires supplied by a voltage source at each end, characterized in that two opposing rectifiers are connected in series with the pilot circuit, one at each end, each series rectifier having at its terminals a shunt circuit, and a shunt rectifier is also provided at each end in a shunt circuit at the terminals of the pilot wires on the pilot wire side of the associated series rectifier, means being provided at each end which respond to the flow of current in one of the two rectifiers "
2.- An electrical circuit device with pilot wires according to claim 1, characterized in that the shunt resistance on the series rectifier at each end has a value not less than that of the resistance of the pilot wires.
3. - Electrical circuit device with pilot wires according to claim 1 or 2, characterized in that an additional rectifier at each end is placed in a conductor forming part of and common to the two shunt circuits comprising respectively the resistor and the shunt rectifier. , the polarity of such an additional rectifier being opposite to that of the shunt rectifier.
4.- An electrical circuit device with pilot wires according to any one of the preceding claims, characterized in that the device responding to the current at each end comprises a direct current relay in series with the shunt rectifier.
5. A pilot wire electrical circuit device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the current responsive device at each end consists of a voltage controlled transducer having a control winding in series with the. shunt rectifier and a suitably supplied AC running winding in series with a relay.
6. - An electrical circuit device with pilot wires according to claim 5, characterized in that the transducer is of the type comprising an auxiliary rectifier shunted by its control winding and with a polarity opposite to that of the shunt rectifier.
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