CA1084998A

CA1084998A - Process and testing generator for protective device

Info

Publication number: CA1084998A
Application number: CA291,642A
Authority: CA
Inventors: Guy St-Jean
Original assignee: Hydro Quebec
Current assignee: Hydro Quebec
Priority date: 1977-11-24
Filing date: 1977-11-24
Publication date: 1980-09-02

Abstract

Procédé et générateur d'essai pour simuler les conditions de fonctionnement d'une dispositif de protection d'un réseau à basse, haute ou très haute tension alternative. Le générateur comporte une branche de tension reliée au dispositif de protection pour produire une impulsion d'amorçage et une branche d'injection montée en parallèle avec cette branche de tension pour produire à travers le dispositif sous essai un courant de suite de valeur correspondante à celle du courant injecté par le réseau dans ce dispositif de protection lorsque celui-ci est en service. Une branche résonnante est reliée à la branche d'injection pour former aux bornes du dispositif de protection une tension alternative correspondante à la tension du réseau. Le générateur peut également simuler une longue ligne de transport d'énergie ainsi que l'amorçage à répétition du dispositif sous essai. En outre, un amorçage du dispositif à tout angle de phase de la tension du réseau peut être effectué. Le procédé et le générateur sont particulièrement utiles pour des essais sur parafoudres.Method and test generator for simulating the operating conditions of a device for protecting a low, high or very high alternating voltage network. The generator comprises a voltage branch connected to the protection device to produce a starting pulse and an injection branch mounted in parallel with this voltage branch to produce through the device under test a follow-up current of value corresponding to that of the current injected by the network into this protection device when it is in service. A resonant branch is connected to the injection branch to form at the terminals of the protection device an alternating voltage corresponding to the network voltage. The generator can also simulate a long power transmission line and the repeated priming of the device under test. In addition, the device can be primed at any phase angle of the network voltage. The method and the generator are particularly useful for tests on surge arresters.

Description

lQ~3499~3 La présente invention est relative a un générateur d'essai pouvant reproduire les conditions de fonctionnement de dispositis de protection susceptibles d'être utilisés sur un réseau ~ courant alternatif de basse, haute ou très haute tension, ces conditions de fonctionnement devant rencontrer des normes préétablies. Plus particulièrement, la présente invention vise un générateur simulant les conditions de service d'un dispositif de protection, tels que parafoudres, fusibles ou disjoncteurs li-miteurs de courants, ainsi qu'un procédé de simulation mis en oeuvre ~ar ce générateur.
Comme il est connu, un dispositif de protection a essen-tiellement pour but d'éviter que les appareils raccordés à un ré-seau d'alimentation, et ce réseau lui-même, subissent des dommages et dégâts, souvent irréparables, lorsqu'une surtension apparaît sur le réseau, ces surintensités pouvant être provoquées par une faute de commutation, la foudre ou toute autre cause. De tous les dispositifs de protection utilisés, la simulation sur banc d'essai des conditions de fonctionnement des parafoudres s'avère être présentement la plus complexe et la plus onéreuse. Le géné-rateur suivant la présente invention est particulierement bien adapté a reconstituer ou déterminer les conditions de fonctionne-ment des parafoudres, et ce à un coût très sensiblement réduit par rapport a celui des générateursd'essai classiques.
Dans le cas du parafoudre, tout générateur d'essai doit simuler a la fois l'impulsion de foudre ou de surtension qui amor-ce le parafoudre ainsi que le réseau a courant alternatif auquel ce~ui-ci est raccordé. Ainsi, l'essai de fonctionnement d'un parafoudre consiste ~ lui faire exécuter la tâche complète qu'il devra accomplir le plus fréquemment en service. Le dispositif est habituellement branché entre un conducteur électrique et la ~ -terre, en parallele et a proximité d'un autre appareil qu'il doit protéger en limitant la tension a ses bornes a une valeur prédé-1 -- :

. . .

.

lQ8499~

terminée. Lorsque la tension sur le conducteur atteint une cer-taine valeur de seuil V, due à une surtension interne sur le réseau ou ~ la foudre, le parafoudre s'enclenche et produit un court-circuit momentané à ce point afin d'en abaisser la tension. A ce moment, une impulsion de courant d'une durée de l'ordre de quel-ques microsecondes, causée par cette surtension, traverse le para-foudre.
En second lieu, le parafoudre fonctionne en sorte a éliminer graduellement le court-circuit qu'il a créé afin que le conducteur et le réseau retrouvent leur condition initiale. Cette fonction s'effectue habituellement à l'aide de résistances non-linéaires et d'electrodes-a-arc qui forcent a zéro et coupent le courant dit de suite traversant alors le parafoudre tout en main--tenant la tension totale aux bornes de ce dernier a une valeur inférieure a celle de Ia tension de seuil V.
La troisieme fonction du parafoudre, consiste a isoler le conducteur de la terre contre la tension alternative du réseau suivant l'interruption du courant de suite.
Le procédé de simulation et le générateur d'essai selon la présente invention permettent l'exécution des diverses fonc-tions du parafoudre ou autres dispositifs de protection, et ce de façon similaire a ceux des générateurs d'essai classiques, mais en utilisant une source de courant alternatif dont le coût nlest que 2 a 4% de celui des sources classiques. Le pr~sent générateur permet donc la réalisation d'essais a de tres hauts niveaux de tensions, lesquelles seraient economiquement inacces-sibles avec les circuits classiques, et la réalisation d'essais a faible tension à l'aide d'un générateur compact et facilement transportable.

~0~349~3 De façon plus spécifique, la présente invention réside en un générateur d'essai simulant les conditions de fonctionne-ment d'un dispositif de protection d'un réseau à courant alterna-tif de basse, haute ou tres haute tension, comportant une branche de tension reliée au dispositi~ de protection pour produire une impulsion d'amorçage du d.ispositif; une branche d'injection mon-tée en parallele avec ladite branche de tension pour produire un courant de suite de valeur correspondante a celle du courant injecté par ledit réseau dans ledit dispositif de protection lors-que celui-ci est en service; et une branche résonnante reliée a ladite branche d'injection, pour former aux bornes du dispositif de protection sous essai une tension alternative correspondante à celle dudit réseau.
La présente invention concerne également le procédé de simulation mis en oeuvre par le générateur d'essai décrit ci-haut.
Des modes de réalisation préférés de la présente inven-tion seront ci-apres décrits avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
la figure 1 illustre le montage d'un générateur d'essai ~.
classique; . la figure 2 montre les formes d'ondes de courants et de tensions produites par le g~nérateur d'essai de la figure l;
la figure 3 illustre un mode de réalisation du généra-teur pour essais sur parafoudres, selon la présente invention;
la figure 4 présente les formes d'ondes de courants et ,. .~ .
de tensions produites par le.générateur de la figure 3;
la figure 5 illustre une variante de la branche de ten-sion du générateur montré à la figure 3;
la figure 6 illustre une autre forme de réalisation du générateur d'essai de la présente invention pour essais répétitifs sur parafoudres;
les figures 7 et 8 montrent les formes d'ondes asso-, ~al34998 ciées au fonctlonnement du genérateur de la figure 6;
la figure 9 illustre une variante de la branche résis-tive du générateur de la figure 6;
la figure 10 présente une variante de la branche d'in-jection du générateur d'essai selon la présente invantion, pour la simulation d'une longue ligne de transmission;
la figure 11 illustre un autre mode de réalisation du genérateur d'essai selon la présente invention; et la figure 12 montre les formes d'ondes générées par l'ensemble de résonnance du générateur de la figure 11.
La figure 1 illustre un générateur d'essai de concep-tion classique pour effectuer un essai de fonctionnement sur un parafoudre désigné par 1, et la figure 2 montre les formes d'on-des produites par le genérateur de la figure 1. Initialement, le parafoudre 1 constitue un circuit ouvert et est exposé a la tension sinuso~dale nominale 14 d'un réseau. A un angle de phase de la tension prescrit par les normes et a l'instant 6, le commu-tateur 2 est fermé; ce qui produit aux bornes du parafoudre une surtension 10 suffisante pour l'amorcer, provenant du condensa-teur préchargé 3. A ce moment, une impulsion de courant 11 four-nie par le condensateur 3, passe dans le parafoudre et celui-ci court-circuite la source alternative 5 qui va fournir un courant de suite 12 a travers l'impédance inductive 4. Dans ce type de montage, la source alternative 5 utilisée est habituellement une génératrice ou un transformateur de puissance.
La forme du courant de suite 12 qui atteint sa valeur maximale au moment 7 dépend principalement de la tension de la source 5, de la tension 13 aux bornes du parafoudre, celle-ci pouvant croitre au-dela de la tension de source, et de liimpe-dance presente dans la boucle formee des elements 1, 4 et 5.Lorsque le courant 12 atteint une valeur nu!le, il est interrom-pu a l'instant 8 et la tension nominale 14, dont la valeur ., -crête est atteinte au moment 9, réapparaî-t aux bornes du para-foudre qui ne doit alors pas réamorcer.
Il est ~ noter que les courbes présentées dans la fi-gure 2 sont celles d'un parafoudre du type "limiteur de courant"
dont la principale caractéristique est la production d'une ten-sion d'arc significative, lui permettant d'interrompre le cou-rant de suite avant le passage par zero de l'onde de tension à
une fréquence habituellement de 60 Hz. :
La figure 3 illustre de facon schématique une forme de réalisation du générateur selon l'invention, apte à effectuer des essais ~on seulement sur le parafoudre de type "limiteur de courant'9 décrit plus haut, mais sur tout type de parafoudre, le type limiteur de courant n'ayant été considéré qu'à cause de sa grande complexité et de son usage presque exclusif aux hauts niveaux de tensions. :
Dans la figure 3, le générateur d'essai est montré ~;
formé de trois branches 16, 17 et 19, reliées en paraIlèle, et d'une branche 18 en série avec le parafoudre 15. La branche 16 est appelée branche d'injection car elle est la source du cou- ~ ;
rant de suite injecté dans le parafoudre 15. Cette branche d'in-jection 16 est principalement constituée d'un condensateur prin- `~ ~
cipal Cp, préchargé à une tension VO~ et monté en série avec un ~ :
commutateur Sl et une inductance Ll qui sert à limiter le courant dans cette branche. Une branche 17 dite branche de tension com-portant au moins une capacitance, fournit la tension nécessaire à l'amorc,age du parafoudre 15. Une troisième branche 19 dite branche de résonance est formée d'une très grande inductance L2 en série avec un commutateur S2. Elle est ainsi appelée parce qu'elle doit former, en série avec la branche d'injection 16, un circuit résonnant à la fréquence industrielle, soit habituellement 60 Hz. Quant à la branche résistive 18, en série avec le parafou-dre 15, elle a pour fonction de régulariser le courant de suite débité

. ,........ . , ~ .
: - , .. . . . . ..

1~184~9~3 par la branche d'injection 16. Il est a noter que cette branche résistive 18 pourrait tout aussi bien être inseree entre la bran-che d'injection 16 et la branche de tension 17.
Pour effectuer l'essai de fonctionnement du parafoudre 15, les commutateurs Sl et S2 sont initialement ouverts. On fer-me en premier lieu le commutateur Sl; un courant circule alors entre la branche d'injection 16 et la branche de tension 17 ou se bâtira, aux bornes du condensateur C, la tension nécessaire pour amorcer le parafoudre au moment 22, montré sur la figure 4. Sur cette figure, on note également la forme de l'impulsion de cou-rant initial 23 qui correspond a la tension d'amorçage V du parafoudre. Cette impulsion 23 est conforme à celle indiquée par les normes et est identique a l'impulsion 11 (figure 2) géné-rée par le générateur classique de la figure 1.
Comme illustré sur la figure 4, la tension aux bornes de la branche 17 prend initialement la forme 21 et augmente jusqu'a la tension d'amorçage V. Suivant l'amorcage, la branche de tension 17 se décharge dans la boucle formée par 17, 18 et 15 de la figure 3, donnant l'impulsion de courant 23 requise. Cette impulsion 23 décharge la branche de tension 17 de façon rapide et par la suite la branche d'injection 16 d~bite le courant de suite 26 a travers la branche résistive 18, qui le régularise, et a travers le parafoudre 15. Ce courant de suite 26 dont la forme dépend surtout de l'opposition entre la tension 24 du para-foudre 15 et celle de la branche d'injection de courant 16, est interrompu au moment 25.
A ce moment, ou peu avant ce moment, le commutate~r S2 de la branche 19 est enclenché et forme un circuit série avec la branche d'injection 16. On a alors un circuit résonnant a la fréquence industrielle 60 Hz. La tension apparaissant aux bornes de cette branche résonnante 19 depuis le moment 25 est représen-tée par la courbe 28, simulant ainsi la tension nominale du ré-~. ~ . . . ..

~084998 seau ou de la source 5 (figure 1) du circuit classique et cor-respond a la tension 14 représentee à la figure 2. Il est à
noter que le parafoudre alors soumis à la tension 2~ ne doit pas s'enclencher ou être amorcé.
Le moment d'enclenchement du commutateur S2 de la bran-che résonnante 19 se situe géneralement entre l'instant d'enclen- -chement du commutateur Sl de la branche d'injection 16, à l'ins-tant 20, et l'interruption du courant de suite à l'instant 25.
Toutefois, à cause du fait que la tension nominale 28 à llinstant 25 est souvent inferieure à sa valeur maximale, montre à l'ins-tant 27, il est intéressant d'enclencher S2 assez tôt. De cette : , facon, l'inductance L2 de la branche résonnante 19 peut se char-ger suffisamment en courant pour permettre de restituer au con-densateur Cp de la branche 16, au moment 27, l'énergie nécessaire pour produire dans ce condensateur, une tension supérieure à .
celle du moment 25. Dans cette optique, il est prévu d'enclen-cher S2 simultanément à Sl, ou même que 52 soit remplacé par un court-circuit pour essais sur certains types de parafoudres.
A l'aide du générateur de la figure 3, des essais ont eté effectués sur un parafoudre soumis, en régime normal, à une tension crête de réseau de 150 kV à 60 Hz. La valeur de chaque composante formant le generateur etait comme suit:
Ll = 585 mH
L2 = 1-76 H
Cp = 3.0 uF
C = 0.33,uF
R = 400 fL
- Le condensateur Cp a eté chargé à une tension V0 = 300 kV, soit une énergie emmagasinée de 135 kJ. A la ~ermeture de Sl, la branche d'injection 16 charge le conden-sateur C (branche 17) pour produire aux bornes du parafoudre 15 une tension crete V - 230 kV qui l'amorce, et le condensateur -~0~4998 C se décharge dans le parafoudre 15 par une impulsion de courant de 2 kA (courant 23 de la figure 4). Le parafoudre amorcé, un courant de suite (courant 26) de 180 A (crête) traverse le para-foudre. Le commutateur S2 ayant éte remplacé par un court-circuit, le parafoudre est alors soumis à une tension nominale de 150 kVI
60 Hz, devant laquelle il ne doit plus être amorcé. On obtient, en ce cas~ les formes d'ondes de courant et de tension montrées en figure 4, et qui sont conformes aux normes établies.
La figure S illustre une variante du générateur de la figure 3, dans lequel la branche de tension 17 est remplacée par la branche de tension 29, dans les cas o~ des courants d'impul-sion de grande amplitude sont requis aux bornes du parafoudre 30.
Son fonctionnement est le suivant: lorsque la tension aux bornes du condensateur Cl atteint le seuil d'amorçage, le parafoudre 30 est amorcé et un courant momentané circule dans la boucle formée du condensateur Cl, de la branche résistive 18, du parafoudre 30 et de la résistance Rl. Aussitôt suivant l'amorcage, le commu-tateur S3 est fermé ou s'enclenche automatiquement a cause de la somme des tensions de Rl et C2, et le parafoudre est alimenté par la somme des tensions de Cl et C2, montées en série, donnant ainsi un tres grand courant dans la boucle C2, Cl, ]8, 30 et S3. La résistance Rl possédant une valeur tres élevée, un courant vir-tuellement négligeable y circule alors. -~
Il est souvent requis par les normes de soumettre le parafoudre a des essais répétitifs. Le circuit générateur de la figure 6, qui est une variante du circuit illustré a la figure 3, permet d'effectuer de tels essais répétitifs sur parafoudres.
La méthode préconisée consiste ~ utiliser un interrupteur 31 in-séré dans la boucle résonnànte formée de la branche résonnante 19 et de la branche d'injection 16. La fonction de l'interrupteur 31 consiste à interrompre le courant 35, montré a la figure 7, de cette boucle lorsque celui-ci atteint sa valeur nulle 36 qui .
, correspond a la valeur maximale de la tension 37 de la branche résonnante 19, cette tension 37 ayant la même polarite que la tension initiale de charge du condensateur Cp de la branche d'injection 16. Cette technique permet, a la suite d'un essai, de conserver dans le condensateur Cp toute énergie que celui-ci n'a pas débitée dans le parafoudre. On peut alors recharger plus rapidement le condensateur Cp à sa tension initiale et effectuer des essais de fonctionnement a un rythme plu5 élevé et consécutif.
Un autre cas est celui des essais en répétition qui ont pour but de simuler les différentes conditions de fonctionne-ment d'un parafoudre auxquelles ce dernier est soumis en service lors d'amorçage successif provoqué par une tension surélevée, a fréquence industrielle, sur le réseau. Les formes de courant et de tension résultant de ces essais successifs sont illustrées à
la figure 8. Dans ce cas, le premier amorçage du parafoudre est produit au moment 38 (moment 22 de la figure 4) par la branche de tension 17, et le courant de suite 39 est interrompu normalement au moment 40 (moment 25 de la figure 4). Subséquemment, la ten-sion sinusoidale 44 (tension 28 de la figure 4), de la branche résonnante 19 amorce le parafoudre a chacun des moments 41, 42, 43, o~ elle atteint son seuil d'amorçage et produit à chaque fois un courant de suite qui doit être interrompu.
Lors de ces essais répétitifs, on conçoit facilement que l'energie emmagasinée dans le condensateur principal Cp décroft a chaque décharge dans le parafoudre de sorte que les impulsions de courant successives sont de moins en moins grandes. Pour uniformiser ces impulsions de courant successives, il est prévu de remplacer la branche résistive 18 par le circuit 45 illustré
a la figure 9. Dans ce circuit 45, on utilise une résistance élevee 46 pour limiter le courant de la premi~re decharge et on reduit par la suite cette resistance pour chaque essai subséquent en enclenchant un des commutateurs 47, 49 et 51 respectivement à

, .
_ g _ , . ,~ , 1~)8499~3 la suite de chaque décharge. On abaisse ainsi la résistance to-tale après chaque essai par l'addition en parallèle d'une autre resistance 48, 50 et 52.
Des essais representant le cas ou un parafoudre est raccorde a une longue ligne de transmission peuvent également être effectues. Dans ce cas, la branche d'injection 16 est rem-placee par le circuit 53 illustre à la figure 10. Ce circuit est constitue d'un certain nombre d'inductances L et de capaci-tances C2, ces dernieres étant prechargees de façon à simuler une ligne de transmission. Le commutateur 54 est place en serie avec cette ligne artificielle du c~te de la branche de tension 17.
A la figure 11, une variante du génerateur de la figure 3 est illustree. Cette variante permet d'amorcer le parafoudre à
tout angle 0 de l'onde de tension 60 Hz d'un réseau, cette onde etant simulée a l'aide des branches d'injection 16 et de réso-nance 19'. Pour ce faire, on court-circuite le commutateur S2 de la figure 3, on insère un commutateur S4 entre les branches d'in-jection et de tension, et on substitue à la branche 17 une branche 17' formée d'un circuit genérateur d'impulsions 55, qui peut être un ou plusleurs condensateurs precharges ou un generateur d;im-puIsions de type conventionnel, en serie avec un commutateur S5 Initialement, les commutateurs sont ouverts et le condensateur Cp est charge à la tension VO En premier lieu, on met en reso-nance les branches 16 et 19' en fermant le commutateur Sl, ce qui produit dans la boucle formee de Cp, Ll et L2 une onde de courant IL2 et de tension VL2 de 60 Hz, de forme illustree à la figure 12.
A l'angle de phase 0 desire, on enclenche S5 pour l'amorcage du parafoudre 15 par l'impulsion de tension et de courant genere par le circuit 55, de la fa~on indiquee sur la figure 4, et au même -~
moment ou peu après, on ferme S4 pour la generation du courant desuite. Le generateur de la figure 11 permet donc de simuler les conditions de fonctionnement du parafoudre à tout angle de phase 0 -~

- 1~8499~

de la tension nominale d'un réseau.
En conc usion, un des avantages ~ajeurs du g~nérateur d'essai selon la pr~sente invention, reside en son co~t tres sensiblement reduit par rapport au genérateur classique. Ceci est dû principalement à l'usage de condensateurs comme sources de puissance plutôt que de transformateurs ou de génératrices de court-circuit. Ce seul facteur permet de réduire le coût de la source à environ 2 à 4% de celui d'une source classique. En outre, le g~nérateur d'essai suivant la présente invention permet d'effectuer des essais à des niveaux de tension et de puissance qui seraient économiquement inaccessibles avec les génerateurs classiques. Des essais de fonctionnement ou d'amorçage successifs sont maintenant possibles sur des parafoudres complets destines aux réseaux à tres haute tension, alors que les générateurs clas-siques ne permettaient de tels essais que sur des fractions de parafoudres à haute tension.
Le generateur decrit ci-haut permet d'effectuer des essais non seulement sur parafoudres mais egalement sur diffe-rents appareils de protection tels que fusibles et disjoncteurs limiteurs de courant.

, - -- 11 --...:
,:, , . . . . : : .
- - ~ . ~ . , lQ ~ 3499 ~ 3 The present invention relates to a generator that can reproduce the operating conditions of protective devices that can be used on a network ~ low, high or very high voltage alternating current, these operating conditions must meet standards preset. More particularly, the present invention aims a generator simulating the operating conditions of a device protective devices, such as lightning arresters, fuses or circuit breakers current taps, as well as a simulation process implemented work ~ ar this generator.
As is known, a protective device has essen-This is mainly to prevent devices connected to a feed bucket, and this network itself, are damaged and damage, often irreparable, when an overvoltage appears on the network, these overcurrents can be caused by a switching fault, lightning or any other cause. Of all the protection devices used, the bench simulation test of the operating conditions of the surge arresters currently be the most complex and the most expensive. The gene-rator according to the present invention is particularly well suitable for reconstructing or determining the operating conditions surge arresters, and at a very significantly reduced cost compared to that of conventional test generators.
In the case of a lightning arrester, any test generator must simulate both the lightning or overvoltage impulse which this the arrester as well as the alternating current network to which this ~ ui is connected. So the functional test of a lightning arrester consists in making him execute the complete task which he must perform most frequently in service. The device is usually connected between an electrical conductor and the ~ -ground, in parallel and close to another device that it must protect by limiting the voltage at its terminals to a predefined value 1 -:

. . .

.

lQ8499 ~

finished. When the voltage on the conductor reaches a certain high threshold value V, due to an internal overvoltage on the network or ~ lightning, the surge arrester switches on and produces a short-momentary circuit at this point to lower the voltage. At this moment, a current pulse with a duration of the order of that microseconds, caused by this overvoltage, passes through the para-lightning.
Second, the surge arrester works so gradually eliminate the short circuit it created so that the driver and the network return to their initial condition. This function is usually performed using non-resistors linear and arc electrodes which force to zero and cut the current said immediately passing through the arrester while in hand--holding the total voltage across the latter has a value lower than that of the threshold voltage V.
The third function of the arrester is to isolate the earth conductor against the AC mains voltage following the interruption of the current on.
The simulation process and the test generator according to the present invention allow the execution of various functions surge arrester or other protective devices, and this similar to those of conventional test generators, but using an alternating current source whose cost it is only 2 to 4% of that of conventional sources. The present generator therefore allows very high tests levels of tension, which would be economically inaccessible-with conventional circuits, and carrying out tests at low voltage using a compact generator and easily transportable.

~ 0 ~ 349 ~ 3 More specifically, the present invention resides into a test generator simulating the operating conditions protection of an alternating current network low, high or very high voltage tif, comprising a branch of voltage connected to the protective device to produce a priming pulse of the device; an injection branch tee in parallel with said tension branch to produce a current of value corresponding to that of the current injected by said network into said protection device during that it is in service; and a resonant branch connected to said injection branch, to form at the terminals of the device protection under test a corresponding alternating voltage to that of said network.
The present invention also relates to the method of simulation implemented by the test generator described above.
Preferred embodiments of the present invention tion will be described below with reference to the accompanying drawings, wherein:
Figure 1 illustrates the mounting of a test generator ~.
classic; . Figure 2 shows the waveforms of currents and voltages produced by the test generator of Figure l;
FIG. 3 illustrates an embodiment of the general tor for tests on surge arresters, according to the present invention;
FIG. 4 presents the waveforms of currents and ,. . ~.
voltages produced by the generator of Figure 3;
FIG. 5 illustrates a variant of the ten-sion of the generator shown in Figure 3;
FIG. 6 illustrates another embodiment of the test generator of the present invention for repetitive tests on surge arresters;
Figures 7 and 8 show the associated waveforms , ~ al34998 ciées to the operation of the generator of Figure 6;
FIG. 9 illustrates a variant of the resisting branch tive generator of Figure 6;
Figure 10 shows a variant of the industry jection of the test generator according to the present invention, for the simulation of a long transmission line;
FIG. 11 illustrates another embodiment of the test generator according to the present invention; and Figure 12 shows the waveforms generated by the generator resonance set of figure 11.
Figure 1 illustrates a design test generator.
tion to perform a functional test on a arrester designated by 1, and Figure 2 shows the shapes of of the generators of Figure 1. Initially, the arrester 1 constitutes an open circuit and is exposed to the nominal sinusoidal voltage 14 of a network. At a phase angle of the voltage prescribed by the standards and at time 6, the guard 2 is closed; which produces at the terminals of the arrester a overvoltage 10 sufficient to initiate, coming from the condensate preloaded tor 3. At this time, a current pulse 11 provides negated by the capacitor 3, goes into the surge arrester and it short-circuits the alternative source 5 which will supply a current immediately 12 through the inductive impedance 4. In this type of mounting, the alternative source 5 used is usually a generator or power transformer.
The form of the follow-on current 12 which reaches its value maximum at time 7 mainly depends on the voltage of the source 5, voltage 13 across the surge arrester, this may grow beyond the source voltage, and limit dance present in the loop formed by elements 1, 4 and 5. When the current 12 reaches a bare value, it is interrupted pu at time 8 and the nominal voltage 14, whose value ., -peak reached at time 9, reappears across the para-lightning which must not then re-strike.
It should be noted that the curves presented in figure gure 2 are those of a surge arrester of the "current limiter" type the main characteristic of which is the production of a significant arc sion, allowing it to interrupt the rant immediately before the voltage wave crosses zero a frequency usually 60 Hz.:
Figure 3 illustrates schematically a shape for producing the generator according to the invention, capable of performing tests ~ on only on the arrester type "limiter current'9 described above, but on any type of arrester, the type current limiter having been considered only because of its great complexity and its use almost exclusively at the top tension levels. :
In Figure 3, the test generator is shown ~;
formed of three branches 16, 17 and 19, connected in parallel, and of a branch 18 in series with the arrester 15. The branch 16 is called injection branch because it is the source of the cou- ~;
immediately injected into the arrester 15. This branch of jection 16 mainly consists of a main capacitor `` ~ ~
Cipal Cp, preloaded at a voltage VO ~ and mounted in series with a ~:
switch Sl and an inductance Ll which serves to limit the current in this branch. A branch 17 called tension branch com-carrying at least one capacitance, provides the necessary voltage at the start, age of the arrester 15. A third branch 19 called resonance branch is formed by a very large inductance L2 in series with a switch S2. It is so called because that it must form, in series with the injection branch 16, a industrial frequency resonant circuit, usually 60 Hz. As for the resistive branch 18, in series with the surge arrester-dre 15, it has the function of regularizing the current flow debited . , ......... , ~.
: -, ... . . . ..

1 ~ 184 ~ 9 ~ 3 by the injection branch 16. It should be noted that this branch resistive 18 could just as easily be inserted between the branch injection cheek 16 and tension branch 17.
To perform the lightning arrester functional test 15, the switches S1 and S2 are initially open. We do-me first the switch Sl; a current then flows between the injection branch 16 and the tension branch 17 or build, across the capacitor C, the voltage necessary to prime the arrester at time 22, shown in Figure 4. On this figure, we also note the shape of the momentum initial rant 23 which corresponds to the starting voltage V of the surge arrester. This pulse 23 conforms to that indicated by standards and is identical to pulse 11 (figure 2) gener-rée by the classic generator of figure 1.
As illustrated in Figure 4, the terminal voltage of branch 17 initially takes the form 21 and increases up to the ignition voltage V. Depending on the ignition, the branch tension 17 discharges in the loop formed by 17, 18 and 15 of Figure 3, giving the required current pulse 23. This pulse 23 discharges the voltage branch 17 rapidly and thereafter the injection branch 16 d ~ bite the current of continuation 26 through the resistive branch 18, which regularizes it, and through the surge arrester 15. This current of continuation 26 whose shape depends mainly on the opposition between the tension 24 of the para-lightning 15 and that of the current injection branch 16, is interrupted at time 25.
At this time, or shortly before this time, the switch ~ r S2 of branch 19 is engaged and forms a series circuit with the injection branch 16. We then have a circuit resonating at the industrial frequency 60 Hz. The voltage appearing at the terminals of this resonant branch 19 from the moment 25 is represented ted by curve 28, thus simulating the nominal voltage of the ~. ~. . . ..

~ 084998 bucket or source 5 (Figure 1) of the conventional circuit and cor-corresponds to the voltage 14 represented in FIG. 2. It is at note that the surge arrester then subjected to voltage 2 ~ must not snap or be primed.
The switch-on moment of switch S2 of the resonant che 19 is generally located between the moment of initiation -setting of the switch S1 of the injection branch 16, at the ins both 20, and the interruption of current immediately at time 25.
However, due to the fact that the nominal voltage 28 at the instant 25 is often lower than its maximum value, shows inside as long as 27, it is interesting to start S2 quite early. Of this : , In this way, the inductance L2 of the resonant branch 19 can charge manage enough current to allow return to the con-branch 16 Cp densifier, at time 27, the energy required to produce in this capacitor a voltage greater than.
that of the moment 25. With this in mind, provision is made for dear S2 simultaneously with Sl, or even that 52 is replaced by a short circuit for tests on certain types of surge arresters.
Using the generator of FIG. 3, tests have was carried out on a surge arrester subjected, under normal conditions, to a network peak voltage of 150 kV at 60 Hz. The value of each component forming the generator was as follows:
Ll = 585 mH
L2 = 1-76 H
Cp = 3.0 uF
C = 0.33, uF
R = 400 fL
- The capacitor Cp has been charged at a voltage V0 = 300 kV, i.e. a stored energy of 135 kJ. To the ~ closing of Sl, the injection branch 16 charges the condensate sator C (branch 17) to produce across the arrester 15 a peak voltage V - 230 kV which starts it, and the capacitor -~ 0 ~ 4998 C discharges into the surge arrester 15 by a current pulse 2 kA (current 23 in Figure 4). The primed arrester, a follow-up current (current 26) of 180 A (peak) passes through the lightning. Switch S2 having been replaced by a short circuit, the arrester is then subjected to a nominal voltage of 150 kVI
60 Hz, before which it should no longer be primed. We obtain, in this case ~ the current and voltage waveforms shown in Figure 4, and which comply with established standards.
Figure S illustrates a variant of the generator of the Figure 3, in which the tension branch 17 is replaced by the voltage branch 29, in cases where ~ impulse currents large amplitude are required at the terminals of the arrester 30.
Its operation is as follows: when the voltage across the terminals of capacitor Cl reaches the ignition threshold, the arrester 30 is initiated and a momentary current flows in the loop formed of the capacitor C1, of the resistive branch 18, of the arrester 30 and resistance Rl. Immediately following initiation, the commu-S3 switch is closed or switches on automatically due to the sum of the voltages of Rl and C2, and the arrester is supplied by the sum of the voltages of Cl and C2, connected in series, thus giving a very large current in the loop C2, Cl,] 8, 30 and S3. The resistance Rl having a very high value, a vir-so negligible then circulates there. - ~
It is often required by standards to submit the arrester has repetitive tests. The generator circuit of the FIG. 6, which is a variant of the circuit illustrated in FIG. 3, allows such repetitive tests on surge arresters.
The recommended method consists in using a switch 31 in the resonant loop formed by the resonant branch 19 and of the injection branch 16. The function of the switch 31 consists in interrupting the current 35, shown in FIG. 7, of this loop when it reaches its null value 36 which .
, corresponds to the maximum value of the voltage 37 of the branch resonant 19, this voltage 37 having the same polarite as the initial charge voltage of the branch capacitor Cp injection 16. This technique allows, following a test, to keep in the capacitor Cp any energy that this one did not charge into the arrester. We can then recharge more quickly the capacitor Cp to its initial voltage and perform operational tests at a higher and consecutive rate.
Another case is that of repeat tests which are intended to simulate the different operating conditions ment of a surge arrester to which it is subjected in service during successive ignition caused by a raised voltage, a industrial frequency, on the network. Current forms and of tension resulting from these successive tests are illustrated in Figure 8. In this case, the first strike of the arrester is produced at time 38 (time 22 of figure 4) by the branch of voltage 17, and the following current 39 is interrupted normally at time 40 (time 25 in Figure 4). Subsequently, the trend sinusoidal sion 44 (tension 28 of FIG. 4), of the branch resonant 19 initiates the arrester at each of the times 41, 42, 43, o ~ it reaches its priming threshold and produces each time a current on which must be interrupted.
During these repetitive tests, it is easily understood that the energy stored in the main capacitor Cp décoft at each discharge in the arrester so that the pulses of successive currents are less and less large. For standardize these successive current pulses, it is expected to replace the resistive branch 18 with the circuit 45 illustrated in Figure 9. In this circuit 45, a resistor is used high 46 to limit the current of the first charge and thereafter reduces this resistance for each subsequent test by switching one of the switches 47, 49 and 51 respectively to ,.
_ g _ ,. , ~, 1 ~) 8499 ~ 3 following each discharge. This lowers the resistance to-tale after each test by adding in parallel another resistance 48, 50 and 52.
Tests representing the case where a surge arrester is connects to a long transmission line can also be made. In this case, the injection branch 16 is replaced placed by circuit 53 illustrated in figure 10. This circuit is made up of a certain number of inductances L and of capaci-tances C2, the latter being preloaded so as to simulate a transmission line. Switch 54 is placed in series with this artificial line on the side of the tension branch 17.
In FIG. 11, a variant of the generator in FIG.
3 is illustrated. This variant makes it possible to start the surge arrester at any angle 0 of the 60 Hz voltage wave of a network, this wave being simulated using the injection branches 16 and reso-nance 19 '. To do this, bypass switch S2 of FIG. 3, a switch S4 is inserted between the branches of jection and tension, and we replace branch 17 with a branch 17 ′ formed of a pulse generator circuit 55, which can be one or more preloaded capacitors or an im generator conventional type of pipes, in series with an S5 switch Initially the switches are open and the capacitor Cp is charged at the voltage VO First, we put in reso-branches 16 and 19 ′ by closing the switch S1, which produces a current wave in the loop formed by Cp, Ll and L2 IL2 and voltage VL2 of 60 Hz, in the form illustrated in FIG. 12.
At the desired phase angle 0, S5 is engaged to initiate the surge arrester 15 by the voltage and current pulse by circuit 55, in the fa ~ on indicated in Figure 4, and at the same -~
moment or soon after, we close S4 for the generation of the following current. The generator in Figure 11 therefore simulates the operating conditions of the arrester at any phase angle 0 -~

- 1 ~ 8499 ~

of the nominal voltage of a network.
In design, one of the advantages of the generator according to the present invention resides in its very cost significantly reduced compared to the conventional generator. This is mainly due to the use of capacitors as sources of power rather than transformers or generators short circuit. This factor alone reduces the cost of the source at about 2 to 4% of that of a conventional source. In in addition, the test generator according to the present invention allows perform tests at voltage and power levels who would be economically inaccessible with generators classics. Successive operating or priming tests are now possible on complete surge arresters intended to very high voltage networks, while generators class-siques allowed such trials only on fractions of high voltage surge arresters.
The generator described above allows you to perform tests not only on surge arresters but also on different protective devices such as fuses and circuit breakers current limiters.

, - - 11 -...:
,:,,. . . . ::.
- - ~. ~. ,

Claims

The realizations of the invention about which an exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows:

1 test generator to simulate the conditions of operation of a low network protection device, high or very high alternating voltage, comprising a branch voltage connected to the protection device to produce a priming pulse of said device; an injection branch mounted in parallel with said tension branch to produce through the protection device, a continuation current of corresponding to that of the current injected by said network in said protection device when it is in service; and a resonant branch connected to said branch of information jection to form across the protective device under test an alternating voltage corresponding to said voltage of the network.

2. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said tension branch is formed of a capa-citance.

3. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said injection branch comprises a capacity tance connected in series with an inductor and a switch.

4. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said resonant branch comprises an inductor high value connected in series with a switch.

5. Test generator according to claim 1, including further carrying a resistive branch inserted between said voltage branch and said protection device for gularize the follow-on current generated by the injection branch.

6. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said tension branch comprises a first and a second capacitance connected in series, the two capacitances tances being mounted in derivation on said prop device tection, one of the terminals of this device being connected to the point of junction of the two capacitances through a resistive element of high value, on the one hand, and to a terminal of one of the capaci-tances, other than the junction point, through a commuta-on the other hand.

7. Test generator according to claim 1, charac-terized in that a switch is inserted between the information branch jection and the resonant branch for test simulation repetitive on said protection device.

8. Test generator according to claim 7, including further carrying a set of resistive elements connected in series with protection device to regulate the cou-immediately injected into this device, said elements resist tifs being mounted in parallel between them and each of the elements resistive, except one, being connected in series with a switch.

9. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said injection branch comprises, for the simulation of a network consisting of a long transmission line of energy, a set of injection circuits each producing a fraction of the follow-up current injected into said device protection, each injection circuit comprising an inductor series and a parallel capacitance in all of said circuits connected in series, and a switch connected in series with said set of injection circuits.

10. Test generator according to claim 1, charac-terized in that said tension branch comprises a circuit pulse generator for producing said pulse priming.

11. Test generator according to claim 10, characterized in that a first switch is connected in series with said pulse generator circuit and that a second mutator is inserted between said injection branch and said tension branch.

12. Method for simulating the conditions of operation of a protection device using a generator test erator comprising a tension branch, a branch injection and a resonant branch, characterized in that the protective device is primed by applying to its terminals a voltage pulse generated by said branch Of voltage;
we inject into the device, simultaneously or little after its initiation, a current on by activating a switch tator included in said injection branch;
said injection branch is brought into resonance and the said resonant branch in order to simulate normal conditions of operation of said protection device.

13. Method according to claim 12, characterized in that the resonance step comes into effect at the same time as the current injection step immediately.

14. The method of claim 12 or 13, character-laughed at in that we regularize, using a resistive branch connected in series with the protection device under test, the current immediately injected into this device.

15. Method according to claim 12, characterized in that we put the resonant branch in resonance with the injection branch at a time before the interruption tion of the current immediately through the protection device.

16. Method according to claim 12, characterized in that, as soon as the device is primed, one increases the voltage across this device to produce across the latter a current pulse of large amplitude.

17. Method according to claim 12, characterized in that the current flowing in the branch is interrupted resonance at the moment when this current reaches a zero value and in correspondence with a maximum value of the terminal voltage of the resonant branch, this voltage then having the same polarity than the initial charge voltage of the injection branch.

18. Method according to claim 17, characterized in that we start and stop repeating repeatedly in resonance of the injection and resonance branches for repeat tests on the protection device.

19. Method according to claim 18, characterized in that one regulates the current on passing through the dispo-detection device using a resistive circuit connected in series with this device, and in that it decreases after each of said repetitive tests, the resistive value of said circuit.

20. Method according to claim 12, characterized in that in order to simulate the operating conditions of the protection device at any phase angle of the voltage resonance, the resonance step is carried out before the steps of priming the device and injecting the current after.

21. Method according to claim 20, characterized in that the current injection is carried out at the same as soon as the protection device is primed.

22. Method according to claim 20, characterized in that the immediate current injection takes place soon after priming of the protection device.