Relais de protection de circuits polyphasés. Dans les circuits polyphasés équilibrés sans fil neutre, la somme géométrique des intensités dans tous les fils est constamment nulle; la variation en grandeur d'une des in tensités entraîne donc la variation .des. autres et nécessairement aussi la variation des angles de phase.
Le relais de protection de circuits Poly phasés qui fait l'objet de cette invention uti lise précisément ces deux variations corréla tives d'intensité et de phase, de manière que des électro-aimants produisent sur un équi page mobile un couple dont le signe ne dé pend uniquement que du déséquilibrage des intensités et non pas de la grandeur efficace de ces intensités.
Le dessin annexé représente, à, titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention avec connexions élec triques.
Sur une ligne triphasée, par exemple, s'il se produit une variation de l'intensité dans l'un des fils, l'intensité dans les deux autres étant I,, on peut nommer déséquilibrage le rapport
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étant l'intensité dans le fil où s'est produite la variation.
Le relais de la fig. 1 a pour fonction de produire le déclenchement d'un disjoncteur quand le coefficient k dépasse une certaine valeur, d'ailleurs réglable. On voit immé diatement que, si l'intensité est faible, il suf fit d'une différence très petite entre 1, et IZ pour que k atteigne la valeur qu'on s'est donnée; on peut éviter les inconvénients qui pourraient provenir de ce fait, en ajoutant au couple normal électrique de l'appareil un couple constant au moyen d'un ressort, par exemple, qui empêchera l'appareil d'agir tant que I, I, n'aura pas atteint une valeur minimum donnée.
Ce couple supplémentaire ne produira .d'effet sensible que dans le cas où la ligne sera très peu chargée et n'inter viendra que, d'une façon négligeable aux fortes charges: Le relais de la. fig. 1, qui est du type pour courant triphasé, comporte un disque métal- Tique bon conducteur 4 représenté schémati quement sur la fig. 1, sur lequel agissent trois électro-aimants à champ tournant 1, 2, 3 portant chacun deux enroulements qui, du fait de la forme du circuit magnétique, out des constants de temps très différentes; de ces deux enroulements, l'un sera. surtout à self-induction et l'autre surtout à résistance ohmique.
Ces trois électyo-aimants 1, \?, 3 sont répartis à 120' l'un de l'autre au-d@es- sus du disque métallique 1. Les enroulements .sont connectés entre eux d´ telle manière que la bobine de self de l'électro 1 soit en paral lèle avec les bobines ohmiques de l'électro 2, l'ensemble des deux étant traversé par le cou rant I, de la phase 1;
les bobines de self des électros 2 et 3 sont respectivement en dé rivation de la même manière avec les bobines à résistance ohmique des électros 3 et 1 et sont traversées par les courants I@ et<I>I r.</I> des phases 2 et 3.
Si le circuit triphasé est: équilibré, on peut connecter les bobines ohmique et selfique d'un même éleetro pour que les différences de po- f:entiel aux bornes de leurs enroulements pré sentent une différence de phase de 60 .
Si, d'autre part, les réactances de ces deux en roulements sont telles qu'elles produisent sur les intensités des décala7es différant l'un de l'autre de 60 , on conçoit aisément que dans un même électro d'induction on pourra avoir un couple nul puisque les deux courants qui doivent fournir le champ tournant seront alors en phase.
Le calcul et l'expérience montrent que lorsque le décalage des intensités entre les enroulements de self et 'a résistance ohmique d'une même phase est exactement de 60 , le couple total exercé par les trois électro.s sur le disque, en fonction de la grandeur du déséquilibrage
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est représenté par la courbe supérieure de la fig. 2.
Dans un appareil ainsi réglé, si peu qu'on s'écarte de l'équilibre parfait qui correspond au déséquilihrage nul, on a un couple positif qu'on utilise à produire un contact qui pro- voguera, le déclenchement du disjoncteur. Dans la, pratique, il n'est pas nécessaire d'avoir une sensibilité aussi grande et on peut la réduire en diminuant l'angle de dé calage des intensités dans- les enroulements de self et à résistance ohmique en dérivation.
La. fig. 2 montre les différentes formes que prend la fonction qui lie la valeur du couple à celle du déséquilibrage suivant l'angle donné au décalage. On voit entre autres choses, que pour un décalage (/) ---- 54 5, le couple est négatif à, l'équilibre et ne devient positif que pour izn déséquilibrage supérieur à. 0,4 ou inférieur à - 0,5 environ.
Quand le déséquilibrage provient d'une augmentation de l'intensité sur une phase, c'est-à-dire d'un court-circuit plus ou moins grand produit sur cette phase, le coefficient du déséquilibrage
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peut varier de 0 -- 0,739, cette dernière valeur correspondant au court-circuit franc. Quand le déséquili- bra--e, au contraire, est dû à une diminution de l'intensité sur une phase, comme dans le cas de la rupture plus ou moins complète d'un fil, le coefficient varie de 0 à --E- 1.
Le relais peut donc servir soit comme relais de déséquilibrage quelle qu'en soit la cause, soit comme relais de rupture du fil en se pla çant dans des conditions telles que la. sur intensité de l'une des phases soit au-dessus de la, courbe pointillée de la fig. 9 qui cor respond à un angle 111 de décalage des deux courants dérivés tel: que le couple total soit nul pour un déséquilibrage de - 0,732.
Il faudra dans ce cas, un déséquilibrage, dû à la rupture d'un fil, de 0.5 au minimum pour produire le déclenelieinent du disjoncteur.
Pour parer à l'inconvénient provenant de ce que, s'il ST <I>a.</I> rupture simultanée de deux phases, ce qui rend nul le couple total du système, le disjoncteur reste enclenché, on prévoit que l'appareil qui est buté vers les couples négatifs, pourra posséder un petit couple positif qui sera. suffisant pour donner le contact de déc.lene>Iiement quand le couple total dû aux courants sera nul.
Il ressort de l'examen des courbes de la fi g. ? qu'on peut faire varier la sensibilité du relais, c'est-à-dire la valeur inférieure du déséquilibrage qui donnera le déclenchement, en donnant à l'angle (P la valeur convenable.
On peut pratiquement faire varier l'angle, soit en agissant sur des résistances addition nelles placées dans le cir,uit des enroulements à résistance ohmique comme les résistances réglables 5, 6 et 7 représentées sur la figure schématique 1 soit en agissant sur la réluc tance magnétique des électros Îi, champ tour nant par l'un quelconque clés moyens en usage courant.
La, fig. 3 montre une des formes sous ]e.;- quelles ce type clé relais peut être réalisé. Un disque métallique S peut tourner autour d'un axe vertical 9 passant par son centre sous l'influence des champs tournants produits par trois électros dont deux seuls sont visi bles sur la figure en 10 et 11. Chacun de ces électros porte deux genres d'enroulements, une bobine centrale 12, 13 appelée plus haut enroulement de self et des bobines polaires 1.4, 15 ou enroulements à résistance ohmique.
Dans le circuit de ces derniers sont placées les résistances réglables 16, 17 qu'on ma- nceuvre au moyen du bouton 18 qui porte une aiguille se déplaçant sur un cadran 19 gradué en valeurs du déséquilibrage mini mum faisant fonctionner l'appareil.
Le cir cuit magnétique des électro-aimants est fermé # iiu -dessus du disque par des lamelles de fer 20. 21, 22. Un doigt rigide 23 monté sur l'axe bute normalement sur la butée 24 et quand le déséquilibrage se produit la rota tion du disque fait appuyer le doigt 23 sur les lamelles de contact 25 qui produisent di rectement ou indirectement le déclenchement du disjoncteur.
Les relais de déséquilibrage décrits plus haut peuvent servir, comme il a, 6116 dit, à la protection d'un feeder, soit contre la rupture d'un fil, soit contre le court circuit entre deux fils, soit enfin contre la. mise à la terre .d'un fil dans le cas où le courant de capacité est suf fisamment important; il n'a été mentionné plus haut que le cas d'un feeder fermé d'une seule section.
Si le feeder est sectionné en un ou plu sieurs endroits, les relais instantanés n'in troduiront pas de discrimination entre la, section accidentée et les sections situées en amont. On doit alors prévoir l'emploi de re lais temporis.és, par exemple, en donnant au disque une course utile assez grande et en le freinant au moyen d'aimants; le temps de fonctionnement du relais sera alors inverse ment proportionnel au couple actif. Or ce couple actif dépend à la fois, du degré de déséquilibra.ge et de la valeur absolue des intensités.
'Si l'on considère une usine U alimentant plusieurs sous-tations 8'1 <B>8, 8,</B> (fig. 4) et un court-circuit entre phases se produisant au point A, les deux relais R et R' qui encadrent la. sous-station S;s la plus voisine du court- circuit sont parcourus par des intensités .dont les degrés de déséquilibrage sont d'autant plus différents que le courant pris par la sous-station 8'3 est plus important.
Si les relais R et R' sont réglés pour un déséqui- librage suffisamment élevé, le relais R. dé clenchera le disjoncteur avant le relais R' et les temps de fonctionnement des deux re lais diffèreront d'autant plus qu'ils auront été réglés pour un plus grand déséquilibra".
On peut d'ailleurs donner aussi aux divers relais des temporisations différentes en fai sant varier la course du disque par un ré glage préalable de façon à ce que les relais soient d'autant plus rapides qu'ils sont plus éloignés de la station génératrice.
Indépendamment de l'application envi sagée pour la protection des feeders, le relais de déséquilibrage peut servir utilement à la protection des machines - (moteurs syn chrones et asynchrones, commutatrices, alter nateurs, transformateurs etc.).
En particulier, les moteurs asynchrones à forte intensité de démarrage ne peuvent être protégés par relais ordinaires à maximum que si on les désensibilise soit d'une manière permanente, soit pendant la période do dé- marra-e. Le relais de déséquilibrase n'étant pas affecté par la, valeur absolue des inten sités tant qu'elles restent équilibrées décletc- chera le disjoncteur dans le cas d'un défaut du moteur, tel que rupture d'une phase,
court- circuit entre deux phases ou à l'intérieur d'une même phase il sera. également actionné par tout déséquilibrage suffisamment grand provenant du cirouit extérieur s'il n'est pas plus temporisé que le relais qui précède.
Dans le cas de la protection d'un moteur, le montage électrique pourra se faire suivant le schéma de la fig. à relative à un moteur triphasé. Deux transformateurs d'intensité T, et T2 sont traversés aux primaires par les courants des deux phases et le branchement des secondaires au relais R s'effectue en re constituant la, troisième phase.
Le relais de déséquilibrage peut s'appli.- quer également à. la protection différentielle de, alternateurs, transformateurs ou feeders.
La fia. 6 représente, à titre d'exemple, le montage qu'on peut faire pour la. protection d'un alternateur triphasé par système diffé rentiel avec relais de déséquilibrage.. L'alter nateur<B>A</B> est figuré schématiquement par ses trois phases A,, A2 et 11 ;, les deux extrémi tés de chacune d'elles étant sorties à l'exté rieur do la machine.
Sur chaque phase, on branche les primaires de deux transforma teurs d'intensité, up_ à l'entrée T,, T;, et T., et un sur chaque .-ortie Z ,, T'. et T'.;. Les , se- eondaires sont montés deux â. deux T, et T',, T, et T'@, To et T';
de façon à débiter l'un sur l'autre et < 3 donner une différence de po tentiel nulle entre les points a et b, c et d, <I>e et f,</I> et, par conséquent, aussi, entre<I>a</I> et e, c et e,<I>e et</I> es, lorsque les courants sont équi- lihr:is. Les points a, c et c sont reliés aux trois bornes du relais de déséquilibraye R.
Chaque paire de transformateurs<I>T" T',,</I> T.,, T% et<I>T.;.</I> T'; peut être remplacés par un transformateur unique comportant deux pri maires en opposition l'un par rapport à l'au- fre et un secondaire dont le débit sera. pro portionnel à. la différence (les intensités pri maires.
Le relais fonctionnera donc quand, par suite d'un défaut clans l'une des phases ou entre deux d'entre elle:, il se produira. à l'une des extrémités un déséquilibrage des courants qui n'existera pas à l'autre, c'est-à-dire quand un défaut aura lieu dans les enroulements de l'alternateur.
On pourra, protéger de la, même manière un feeder en employant soit le schéma. de connexions de la. fis. 7, par équilibre d'inten sité, soit celui de la, fig. 8 par équilibre cle tension.
Dans la fig. 7, les transformateurs T et T' de même phase et placés à chacune des extrémités de la ligne ,ont, montés deux à deux en série. Les relais R et R' de chaque extrémité sont: branchés sur les trois fils pi lotes, auxquels peut être ajouté un fil neu tre N.
Dans la fig. 8, les secondaires des trans formateurs T et Z'' de chaque phase sont montés en opposition, soit qu'ils débitent chacun sur une résistance r, soit qu'ils res tent en circuit ouvert, le point neutre des fils pilotes 1, ? et 3 étant dans les relais R et R'. Ce point neutre peut être mis à la terre ou réuni à. un quatrième fil pilote.
L'avantage de ce dispositif sur les pro tections différentielles employées ordinaire ment est que le relais fonctionne non seule ment si. un défaut se produit sur la lime de feeders, mais aussi s'il a lieu sur les fils pilotes.
D'autre part, on peut apporter au relais décrit plus haut une modification en ce qui concerne le réglage de la sensibilité qui, au lieu d'être fait d'une façon continue comme il a été dit, peut cure obtenu au moyen d'une fiche due l'on place à volonté dans l'une des trois ou quatre positions (ou plus) réservées à. ert effet.
Chaque position correspond à l'introduc tion d'une résistance déterminée en parallèle sur chacun de,s enroulements de self des électron; chaque position de la.
fiche corres pond alors à une valeur du déséquilibrage qui donne le fonctionnement du relais. Ce dès- équilibrage peut être exprimé par le rapport
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comme il était dit ou .mieux par le degré de déséquilibrage
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dans lequel les intensités Il et la représentent les intensités inverses et synchrones provenant de la décomposition du système triphasé dés équilibré en deux systèmes équilibrés, l'un synchrone au système primitif et de même sens que lui, et l'autre de sens inverse.