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ATELIERS DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQUES
DE CHARLEROI (ACEC)
L'interconnexion de plus en plus poussée des ré- seaux électriques modernes a permis de réduire considéra- blement les manques de tension prolongée chex le* usagers; par contre, le maillage Intensif de ces réseaux, à toux les niveaux de tension, augmente la probabilité des défauts qui se répercutent de façon plus ou moine marquée dans tout le réseau suivant leur éloignement, ce qui se traduit par un accroissement notable de la fréquence des chutes de tension
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relativement peu importantes et de courte durée.
Il en résul- te de nombreux déclenchements d'installations protégées par des relais 4 minima de tension à action instantanée alors qu'étant donne la faible durée de la chute de tension, ces installations auraient parfaitement pu continuer, dans bien des cas, à fonctionner jusqu'à la réapparition de la tension normale.
Pour un moteur asynchrone, par exemple, on peut calculer, compte tenu notamment du moment d'inertie du mo- teur et de sa charge quelle est la durée maximum d'une chute de tension symétrique permettant la reprise du moteur lors du rétablissement de la tension; cette durée dépend 'vide.. ment du couple minimum disponible au moteur, correspondant au glissement subséquent, capable de réaccélérer le moteur sous charge jusqu'à sa vitesse nominale. Cette durée maximum varie en fonction de la chute de tension symétrique, pour un moteur donné, suivant une courbe ayant l'allure représentée en a à la figure 1.
Lorsque la chute de tension est dissymétrique, sa composante Inverse tend à produire un couple de sens con- traire au couple direct se traduisant par une réduction de celui-ci, comme le ferait un accroissement de la composante directe de la ohute de tension. La courbe a est, en fait, à considérer comme une courbe moyenne d'un réseau de courbes où le paramètre est le taux de composante Inverse, étant entendu qu'on porte en abcisses la composante directe de la chute de tension. Tous les pointe située à droite et au-dessus
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de cette courbe correspondant donc à des circonstances exi- geant le déclenchement tandis que celui-ci ne doit pas se produire pour les points situes en-dessous et à gauche de la courbe.
La courbe rectangulaire b de la fig. 1, montrrée à titre de comparaison, représente la caractéristique de déclen- chement d'un relais à minima de tension à temps constant, réglé pour une valeur fixe de la chute de tension. On voit qu'un tel relais provoque le déclenchement pour les points situés dans la zone hachurée alors que ceux-ci correspondent à des situations où le moteur est capable de reprise à la réapparition de la tension. Avec un relais à aotion instan- tande, cette zône serait encore plus grande; elle s'étendrait verticalement jusqu'à l'axe des abcisses.
La présente invention a pour objet un relais volt- métrique à temps dépendant tenant compte de la caractéris- tique de reprise du moteur à protéger et permettant ainsi de réduire considérablement la fréquence des déclenchements tout en assurant une parfaite sécurité.
Le relais suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un relais électromagnétique dont la bobine est alimentée par un circuit électronique qui reçoit à l'entrée la tension d'un condensateur, le dit relais électromagnétique et le circuit électronique associé étant agencés pour provo- quer le déclenchement de l'installation à protéger lorsque la tension du condensateur descend en-dessous d'une certaine valeur, celui-ci étant chargé par .,ne tension continue fixe à travers un détecteur de seuil, sensible à la composante
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directe do la tension du réseau à surveiller, qui cesse d'ali. menter le dit condensateur des que cette composante descend en-dessous d'une valeur déterminée,
ce dernier se déchargeant alors dans un circuit résistif en parallèle contenant en série une force électromotrice continue fixe, de même sens que celle du condensateur, et une force électromotrice continue de sens opposé, sensiblement proportionnelle à la composante directe du réseau à surveiller, de telle sorte quo la décroissance de la tension du condensateur soit d'autant plus rapide que la chute de tension du réseau est plus grande.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la source intercalée dans le circuit de décharge du condensateur, fournissant la tension sensiblement proportionnelle à la composante directe du ré- seau, est shuntée par une diode qui, pour les faibles valeurs de cette tension, devient conductrice pour le courant de dé- charge du condensateur de telle sorte que la temporisation du relais devienne indépendante de la tension du réseau à partir d'une certaine valeur Importante de chute de celle-ci. D'autres caractéristiques apparattront dans la description ci-après, avec référence aux fig. 2 à 4 des dessins annexés, se rap- portant à un exemple particulier de réalisation de l'inven- tion.
La fig. 2 représente schématiquement un relais volt- métrique à temps dépendant raccordé à un réseau triphasé dont les tensions entre phases sont désignées par U1, U2, U-
Ce réseau alimente le primaire d'un transformateur 1 par l'in- termédiaire d'un filtre comprenant des résistances R1 et R2
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et des condensateurs C1 et C2.
L'impédance du transformateur, de faible puissance, étant supposé* très élevée par rapport à celles de ces éléments, ceux-ci sont choisie de telle sorte que leurs impédances satisfassent aux relations
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La tension E aux bornes du primaire cu transform- mateur qui vaut, suivant les notations du dessin
EMI5.2
est, dans ces conditions, selon le sens de succession des phases, soit nulle, soit 'sale . 1,5 foie la tension entre phaaea, ce qui correspond respectivement aux diagramme vec- toriels a et b de la fig.3.
Si donc les phase$ sont racoor. dées de façon à correspondre au diagramme fig.3b, la tension E appliquée au primaire du transformateur représente la com- poaante symétrique directe de la tension du réseau tandis que la composante Inverse est éliminée.
Le transformateur 1 possède deux enroulements se* condairea 2 et 3; la tension de l'enroulement 2, redressée par une diode 4 et filtrée par une résistance 5 est un con- denaateur 6, eat appliquée à un détecteur de seuil de ten- sion 7, alimenté par une source 8 de tension continue fixe, lequel applique, avec les polarités indiquées, la tension de la source 8 à un condensateur 9 tant que la tension aux bor. nes du condensateur 6 ne descend pas en-dessous d'une valeur déterminée correspondant, par exemple, à 75 % de la tension nominale directe du réseau.
La tension du condensateur 9
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est appliquée à l'entre d'un circuit électronique 10. ali- monté par une source 11, qui fournit le courant d'excitation à la bobina 4'un relata éléctromagnétique 12 dont les con- tacts commandent la déclenchement des appareils de coupure protégeant, par exemple, un moteur asynchrone. Le circuit
10 est oonqu de façon que, lorsque la tension aux bornes du condensateur 9 descend en-dessous d'une valeur déterminée, le déclenchoment se produise.
Si la tension directe du ré. seau descend en-dessous de 75 % de sa valeur nominale, le détecteur de seuil 7 cesse d'alimenter le condensateur 9 qui se décharge alors dans un circuit en parallèle compre- nant successivement une source de tension continue fixe 13, une résistance 14, une résistance 20 et une résistance 15.
Cette dernière est celle qui possède la valeur la plus élevée et c'est elle qui détermine, en ordre principal, la constante de temps de décharge du condensateur 9. Aux bornes de la résistance 14 est appliquée une tension continue sensiblement proportionnelle à la tension directe du réseau, obtenue par redressement au moyen des diodes 16 et 17 et filtrage par le condensateur 18, de la tension du secondaire 3 du transfor- mateur 1.
On voit, d'après les polarités dea tensions intro- duites dans le circuit de décharge du condensateur 9, que la tension de la source 13 s'ajoute à celle de ce dernier et que la tension aux bornes de la résistance 14 fait l'inverse. La tension de la source 13 a donc pour effet d'accélérer la décroissance de la tension aux bornes du condensateur 9
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tandis que la tension aux bornes de la résistance 14 inter- vient pour la freiner.
Moyennant un dosage convenable de ces tensions. si la tension du réseau ne descend que légè- rouent en-dessous du seuil de 75 %, la tension aux bornes du condensateur 9 n'atteindra que lentement la valeur cor. reapondant au déclenchement et la décroissance de cette tension s'ccélèrera à mesure que la tension du réseau de- viendra plus basse.
Afin d'obtenir une temporisation de déclenchement pratiquement constante pour les très fortes chutes de ten- sion du réseau (70 à 100 % ), une diode 19 est branchée en parallèle, à travers des résistances de faible valeur 20 et 21, sur la résistance 14 de sorte que, lorsque la tension aux bornes de celle-ci devient très faible, elle n'est plus suf- fisante pour polariser la diode 19 qui devient pratiquement un court-circuit sur le trajet,du faible courant de déohar- ge du condensateur 9 qui circule ainsi par une résistance 22, aux bornes de laquelle existe une tension constante, déter- minée par le rapport des résistances 22 et 21, la diode 19 et la résistance 15, sans être influencé par la tension aux bor- nes de la résistance 14.
Par un choix convenable des éléments intervenant dans la temporisation du relais, on peut arriver à lui donner la caractéristique de temporisation de déclenchement T en fonction de la chute de tension # U représentée à la fig.4, correspondant, avec une très bonne approximation, . la carac- téristique de reprise du moteur à protéger,
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Les éléments du relaie à tempe dépendant,décrit ci-dessus,peuvent être réalisée de toute manière répondant au but rechercha on peut également imaginer toute vari- ante de réalisation de ce relais sans sortir du cadre de la présente invention.
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ELECTRICAL CONSTRUCTION WORKSHOPS
FROM CHARLEROI (ACEC)
The increasingly extensive interconnection of modern electricity grids has made it possible to considerably reduce prolonged voltage shortages among users; on the other hand, the Intensive meshing of these networks, at all voltage levels, increases the probability of faults which have more or less repercussions throughout the network depending on their distance, which results in a notable increase in frequency voltage drops
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relatively small and of short duration.
This results in numerous tripping of installations protected by instantaneous-acting minimum voltage relays 4, whereas, given the short duration of the voltage drop, these installations could perfectly well have continued to operate, in many cases. until normal tension reappears.
For an asynchronous motor, for example, it is possible to calculate, taking into account in particular the moment of inertia of the motor and its load, what is the maximum duration of a symmetrical voltage drop allowing the motor to resume when power is restored. voltage; this duration depends on the vacuum .. ment of the minimum torque available to the motor, corresponding to the subsequent slip, capable of re-accelerating the motor under load to its nominal speed. This maximum duration varies as a function of the symmetrical voltage drop, for a given motor, along a curve having the appearance shown in a in FIG. 1.
When the voltage drop is asymmetrical, its Inverse component tends to produce a torque in the opposite direction to the direct torque resulting in a reduction of the latter, as would an increase in the direct component of the voltage drop. Curve a is, in fact, to be considered as an average curve of a network of curves where the parameter is the rate of the inverse component, it being understood that the direct component of the voltage drop is plotted on the abscissa. All tip located to the right and above
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of this curve therefore corresponding to circumstances requiring tripping, whereas this must not occur for the points located below and to the left of the curve.
The rectangular curve b in fig. 1, shown for comparison, represents the tripping characteristic of a constant time undervoltage relay, set for a fixed value of the voltage drop. It can be seen that such a relay causes tripping for the points located in the hatched area, whereas these correspond to situations where the motor is capable of resuming when the voltage reappears. With an instantaneous relay, this zone would be even larger; it would extend vertically up to the abscissa axis.
The object of the present invention is a definite-time voltmeter relay taking account of the pick-up characteristic of the motor to be protected and thus making it possible to considerably reduce the frequency of tripping while ensuring perfect safety.
The relay according to the invention is characterized in that it comprises an electromagnetic relay, the coil of which is supplied by an electronic circuit which receives the voltage of a capacitor at the input, the said electromagnetic relay and the associated electronic circuit being arranged to trigger the installation to be protected when the voltage of the capacitor drops below a certain value, the latter being charged by., a fixed direct voltage through a threshold detector, sensitive to the component
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direct from the voltage of the network to be monitored, which stops ali lie the said capacitor as soon as this component drops below a determined value,
the latter then discharging in a resistive circuit in parallel containing in series a fixed continuous electromotive force, in the same direction as that of the capacitor, and a continuous electromotive force of the opposite direction, substantially proportional to the direct component of the network to be monitored, so so that the decrease in the voltage of the capacitor is all the more rapid as the voltage drop of the network is greater.
According to another characteristic of the invention, the source interposed in the discharge circuit of the capacitor, supplying the voltage substantially proportional to the direct component of the network, is shunted by a diode which, for low values of this voltage, becomes conductive for the discharge current of the capacitor so that the time delay of the relay becomes independent of the network voltage from a certain Significant drop in the latter. Other characteristics will appear in the description below, with reference to FIGS. 2 to 4 of the accompanying drawings, relating to a particular embodiment of the invention.
Fig. 2 schematically represents a definite time voltmeter relay connected to a three-phase network whose phase-to-phase voltages are designated by U1, U2, U-
This network supplies the primary of a transformer 1 via a filter comprising resistors R1 and R2.
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and capacitors C1 and C2.
The impedance of the transformer, of low power, being supposed * very high compared to those of these elements, they are chosen so that their impedances satisfy the relations
EMI5.1
The voltage E at the terminals of the primary transformer which is equal, according to the notations of the drawing
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is, under these conditions, according to the direction of succession of the phases, either null or 'dirty. 1,5 liver the tension between phaaea, which corresponds respectively to the vector diagrams a and b of fig. 3.
So if the $ phase is racoor. Dees so as to correspond to the diagram in fig.3b, the voltage E applied to the primary of the transformer represents the direct symmetrical component of the network voltage while the inverse component is eliminated.
Transformer 1 has two secondary windings 2 and 3; the voltage of the winding 2, rectified by a diode 4 and filtered by a resistor 5 is a capacitor 6, is applied to a voltage threshold detector 7, supplied by a source 8 of fixed direct voltage, which applies, with the indicated polarities, the voltage of the source 8 to a capacitor 9 as long as the voltage to bor. nes of the capacitor 6 does not fall below a determined value corresponding, for example, to 75% of the direct nominal voltage of the network.
The voltage of the capacitor 9
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is applied to the input of an electronic circuit 10, supplied by a source 11, which supplies the excitation current to the coil 4, an electromagnetic relay 12, the contacts of which control the tripping of the switching devices protecting , for example, an asynchronous motor. The circuit
10 is oonqu so that when the voltage across the capacitor 9 drops below a determined value, the trigger occurs.
If the forward voltage of the d. bucket drops below 75% of its nominal value, the threshold detector 7 stops supplying the capacitor 9 which is then discharged in a parallel circuit comprising successively a fixed direct voltage source 13, a resistor 14, a resistor 20 and a resistor 15.
The latter is the one which has the highest value and it is this which determines, in main order, the discharge time constant of the capacitor 9. At the terminals of the resistor 14 is applied a direct voltage substantially proportional to the forward voltage. network, obtained by rectifying by means of diodes 16 and 17 and filtering by capacitor 18, of the voltage of secondary 3 of transformer 1.
It can be seen, from the polarities of the voltages introduced into the discharge circuit of the capacitor 9, that the voltage of the source 13 is added to that of the latter and that the voltage across the resistor 14 makes the reverse. The voltage of the source 13 therefore has the effect of accelerating the decrease in the voltage across the terminals of the capacitor 9
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while the voltage across resistor 14 intervenes to brake it.
With a suitable dosage of these tensions. if the network voltage only slightly drops below the 75% threshold, the voltage across capacitor 9 will only slowly reach the cor value. reacting to the trip and the decrease of this voltage will accelerate as the network voltage becomes lower.
In order to obtain a practically constant tripping time delay for very large network voltage drops (70 to 100%), a diode 19 is connected in parallel, through low value resistors 20 and 21, to the resistor. 14 so that, when the voltage across it becomes very low, it is no longer sufficient to bias diode 19 which practically becomes a short circuit on the path, from the low discharge current of the capacitor 9 which thus circulates through a resistor 22, across which there is a constant voltage, determined by the ratio of resistors 22 and 21, diode 19 and resistor 15, without being influenced by the voltage at the terminals of resistance 14.
By a suitable choice of the elements involved in the time delay of the relay, we can manage to give it the tripping time delay characteristic T as a function of the voltage drop # U shown in fig. 4, corresponding, with a very good approximation, . the restart characteristic of the engine to be protected,
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The elements of the dependent temple relay, described above, can be produced in any way that meets the desired goal. Any variant of this relay can also be imagined without departing from the scope of the present invention.