Indicateur de distance de défaut dans une ligne électrique. Il est désirable, lorsqu'un court--circuit ou un défaut d'iso:lement s'est produit sur une ligne de transport d'énergie électrique; de connaître avec une approximation suffisante l'endroit de la ligne où le défaut a eu lieu.
Certaines sections de ;lignes ayant des lon gueurs très grandes, qui peuvent dépasser largement cent kilomètres, des économies de temps considérables peuvent être réalisées de ce fait.
Lorsqu'il s'agit de câbles souterrains le problème est résolu depuis fort longtemps. Lorsque le -défaut est "affranchi", c'est-à- dire rendu bien net, de façon que sa résis- tance soit devenue aussi faible que possible, la distance du défaut est mesurée, soit en courant continu, par la méthode dite de la boucle, soit -par méthodes utilisant la ré flexion au point .de :défaut de courants alter natifs de haute fréquence.
Lorsqu'il s'agit de lignes aériennes, au con traire, le défaut ne peut pas être "affranchi", étant donné les :distances d'isolement considé rables entre phases ou entre phases et terre. La conséquenced'un:défautestsouvent le per cement -d'un seul élément d'une, chaîne -d'iso lateurs. La remise en service de -la, ligne est alors souvent possible après le défaut, mais il subsiste un point faible dans d'isolement, et un amorçage se produira sûrement à la première circonstance favorable.
Si l'on avait pu connaître l'endroit où s'est produit le défaut, on aurait pu procéder, dans les dé lais les plus réduits, au remplacement de l'élément d'isolateur :détérioré et éviter ainsi les accidents ultérieurs, avec les interrup tions @de, .service ,qu'ils peuvent entramer.
Comme on ne peut "affranchir" un défaut dans une ligne aérienne, -la, mesure de sa distance ne peut s'effectuer qu'en uti lisant les grandeurs électriques mises en jeu dans cette ligne pour produire le défaut: courant, tension, puissance, -etc. Il s'ensuit qu'on ne dispose, pour effectuer la mesure, que du temps pendant lequel le défaut sub siste. Or, on sait que les conditions de sta bilit6 des lignes de transport et d'intercon nexion obligent à éliminer sélectivement et automatiquement les défauts sur ces lignes dans des temps très réduits qui sont, pour préciser, de l'ordre de 0,2' à 0,5 seconde.
Il est connu que la distance d'un .défaut sur une ligne aérienne est caractérisée -avec le maximum de précision par la réactance de la boucle constituée par les conducteurs qui aboutissent au défaut. Cette réactance, donnée par la formule:
EMI0002.0010
est mesurée habituellement par le rapport des deux grandeurs UI sin p (puissance réactive) et I2.
La présente invention a pour but de réaliser un indicateur qui, dans le temps très court que dure un défaut, mesure la distance de ce défaut et en -conserve trace, en utilisant à, cet effet le principe général de mesure de la réactance de la boucle du défaut. Son objet comprend .deux :appareils de mesure à fort amortissement et à très faible période -propre, de façon qu'ils prennent leur position d'équilibre dans un temps très court, infé rieur, par exemple, à 0,2 seconde.
L'un de ces appareils est disposé pour mesurer la puissance réactive de la boucle UI sin p et l'autre le courant I, le second ayant de pré férence une échelle quadratique en fonction de I, si le premier a une échelle linéaire en fonction de UI sin (p.
Les deux appareils peuvent avoir, soit un dispositif de blocage qui permet de main tenir leurs équipages mobiles -dans la posi tion qû'ils occupent, soit un dispositif qui ne leur permet de dévier que dans le sens de l'augmentation de la déviation. Le quotient des deux .déviations des appareils est égal à- la réactance jusqu'au défaut, et est donc proportionnel à la longueur de la ligne jusqu'au défaut.
L'indicateur objet de l'invention peut en outre comprendre des moyens permettant de mesurer correctement la réactance, c'est-à- dire la distance du défaut dans un circuit triphasé, en cas de défaut entre deux phases, entre une phase et la terre, ou entre deux phases et la terre et d'autres moyens connus permettant d'utiliser un seul ensemble d'ap pareils de mesure quel que soit le défaut particulier qui se produise.
Il peut enfin comporter encore des moyens permettant d'ajuster simultanément et, dans certains cas, automatiquement, la sensibilité des deux appareils de mesure, en fonction du courant de défaut, de façon que la précision de mesure de la distance soit dans tous les cas supérieure à une valeur déterminée.
Plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention sont représentées aux dessins annexés, ,donnés à titre d'exemple, dans les quels La fig. 1 représente l'un des deux é<B>l</B>é ments principaux d'un indicateur selon l'in vention; à savoir l'appareil de mesure de puissance réactive, qui reste automatique ment accroché dans la position qu'il occupe au moment du défaut.
La fig. ? représente l'autre élément prin cipal, à savoir l'appareil de mesure du cou rant qui reste aussi accroché dans la position qu'il occupe au moment. du défaut.
La fi-. 3 représente une vue de l'avant d'un appareil, comportant les deux éléments ci-dessus, leurs deux index et une graduation commune.
La figg. q représente un montage per mettant un réglage facile et simultané des sensibilités des deux appareils principaux.
La 5 représente un montage per mettant un réglage automatique de la sen sibilité des deux appareils.
La fig. E représente un schéma, de bran chement des deux appareils, sur une ligne triphasée à haute tension, conjointement avec un ensemble de relais permettant., quel que soit le défaut:
particulier qui se produise sur la ligne, d'alimenter lesdits appareils avec le eourant et la tension qui caractérisent le défaut -et au la.mesure de .distance peut s'effectuer correctement.
La fig. 7 représente ' en coupe .l'un des éléments de l'indicateur avec un dispositif de blocage différant de celui des fig. 1 et 2 pour maintenir l'équipage en position.
En se reportant maintenant à la fig. 1, on voit en 10 un wattmètre de puissance. réactive comportant -un circuit magnétique comprenant une cuIatsse 11- @et un noyau 12, un enroulement de .courant 18, alimenté par un transformateur de . courant- 14 placé sur une ligne .de transport .d'énergie 15..
L'équipage mobile .de ce- wattmètre comprend un -double enroulement 1i6; 1'6', figé sur un axe 17, cet enroulement-étant alimenté à travers une réactance 18 et@ un condensateur 19, par un transformateur de tension 20, branché sur la ligne 145.. Ce montage @du cir cuit de tension, -d'ailleurs connu,
présente l'avantage d'annuler les' actions parasites qui faussent les indications .des wattmètres ,de puissance réactive. T1 est toutefois bien entendu que. la présente invention n'est pas limitée à un montage particulier .de watt=, mètre de puissance réactive et tout - autre montage permettant la mesure,de cette puis lance pourrait entrer en .ligne de compte.
Sur l'axe 17 de l'équipage "Mobile est monté un -miroir 21 qui sert à envoyer, sur une échelle 22, une image lumineuse fournie par une source 2'3, une lentille ou dispos sitif condensateur 24 et un diaphragme 25 constituant l'objet lumineux dont l'image doit être reproduite sur l'échelle.
Un ressort antagoniste et un amortisseur, non représentés, fournissent - les éléments d'équilibre statique et dynamique, qui exis tent dans tout appareil-,de mesure. Un sec teur denté, à @denture extrêmement fine, 26, est monté sur l'équipage mobile.
Une lame élastique 27 suffisamment souple- appuie sur<B>l</B>a denture du secteur. L'ensemble consti tue une sorte de cliquet ne permettant à l'.équipage de dévier que dans un seul sens, tant que la lame appuie sur .le :secteur denté.
Le couple 'Moteur de l'appadeil, son mo ment d'inertie, son couple d'amortissement, ainsi que le couple<B>de</B> frottement dû à la lame élastique ont;
par construction, des valeurs telles -que, lorsque l'équipage est au zéro, et qu'on lui applique 'pendant un temps très court une tension ZT et un courant <I>I</I> déterminés, il prend immédiatement sa posi tion d'équi'libre correspondant au produit ÜI, sin cp et il conserve cette position lorsque la tension et le courant sont supprimes, jus qu'à ce qu'on.
intervienne, manuellement ou automatiquement, .poux dégager la lame élan tique du secteur denté, ce qui libère l'équi page, qui est alors rappelé au zéro par son ressort antagoniste. Le dispositif de dégage ment de la lame élastique n'est pas repré senté sur la figure.
Il a été jugé utile,- pour que l'équipage mobile puisse prendre rapidement sa posi tion d'équilibre, de réduire au minimum. son moment d'inertie. C'est ce qui a conduit à utiliser un dispositif de lecture à index lu- mineux, préférablement 'à aiguille employée habituellement dans les appareils .de mesure.
L'équipage ampèremétrique est de. cons truction analogue. Il est -représenté sur la fig. 5, où: les mêmes -repères ont la même si gnification que dans la fig. 1.
L'enroulement fixe 13^ est alimenté par le transformateur de courant 14 et les deux enroulements mobiles 16 t 16' sont montés en série et sont alimentés par un courant proportionnel au courant de l'inducteur;
mais ramené à une valeur plus faible au moyen- @du transfor mateur de courant auxiliaire 28, ceci afin -de ne pas faire passer un courant trop élevé par les amenées- de courant de l'équi page mobile.
Avec le montage indiqué, -le couple mo teur de l'appareil de mesure est propor tionnel au carré dé l'intensité efficace. Il s'ensuit que l'angle de déviation est propor tionnel également au carré du courant si le couple antagoniste est proportionnel â l'angle.
En réunissant dans un même boîtier les appareils des fig: 1 et 2 et en; pro jetant leurs' index lumineux sur une même échelle, divi sée proportionnehement en unités arbitraires, comme il est indiqué sur -la fig. 3, il est facile de comprendre que le rapport des in dications des deux index donne directement la fraction ,de la longueur de ligne comprise entre l'appareil et le défaut.
Sur la fig. 3, on a: -
EMI0004.0006
si on a réglé la sensibilité -des deux appa reils de façon que, pour un défaut à l'extré mité de la ligne, leurs déviations soient égales.
Un premier ajustage des appareils consis tera donc à leur faire indiquer la même dé viation pour un défaut situé à l'extrémité de la section surveillée: C'est un ajustage relatif d'un appareil par rapport à l'autre.
Il suffira .d'agir, par exemple, sur le rapport de transformation du transformateur de ten sion 20 de la fig. 1, ou, à titre de variante, sur un transformateur de tension auxiliaire muni de prises de réglage. Ceci modifie la déviation. -de l'appareil -de la fig. 1 sans modi fier celle -de l'appareil de la fig. 2.
On pourrait encore agir sur le rapport de trans- formation du transformateur -de courant auxi liaire 28 de la fig. 2, lequel serait muni à cet effet de prises de réglage. On modifiera ainsi la ,déviation de l'appareil de la fig. 2 sans modifier celle -de l'appareil de la fig. 1.
Ce premier ajustage relatif étant effectué, il s'agira de conserver aux deux appareils une déviation d'amplitude suffisante en dépit des valeurs très variables du courant pour un défaut déterminé, ceci afin de maintenir une précision,de lecture suffisante.
Pour fixer les idées, si le courant, pour une même distance de défaut, est deux fois plus faible, les déviations angulaires des deux appareils seront quatre fois plus pe- tites. Pour les ramener à la valeur primitive il faut doubler le courant secondaire fourni par le transformateur de courant, en suppo sant que les deux appareils sont alimentés par le même transformateur, et doubler en même temps la tension secondaire fournie par le transformateur -de tension 20.
Le montage de la fig. 4 permet d'agir seulement sur le courant fourni aux enrou lements 13!. D'ans cette figure, 29 représente le wattmètre de puissance réactive de la fig. 1, avec son enroulement & courant 30, et ses enroulements -de tension 31 branchés, par l'intermédiaire -de la self-inductance 18 et de la @capaeité 19, sur le transformateur de tension 20, muni de prises de réglage.
L'ampèremètre est représenté en 32, avec son enroulement fixe 33.,et son enroulement mobile 34. Les enroulements fixes des deux appareils sont branchés en série et alimentés par l'intermédiaire d'un autotransformateur de courant<B>M</B>muni de prises de réglage, par le transformateur -de courant principal 14.
L'enroulement mobile 34 de .l'ampère mètre 3,21 est alimenté, comme dans la fig. 2, par un transformateur de courant auxiliaire 28, muni également de prises de réglage, et branché dans le circuit secondaire du trans formateur de courant principal '14. Avec ce montage, l'ajustage des appareils aux cons tantes -de la :
ligne peut s'effectuer soit par le moyen .des prises du transformateur 28, soit par 'le moyen des prises du transforma teur 20 et l'ajustage des appareils en fonc tion de la grandeur du courant de défaut s'effectue, sans modifier leurs déviations relatives, par les prises de réglage du trans- formateur 35@.
Ce réglage pourra s'effectuer, soit ma nuellement, si l'on connaît l'ordre de gran deur du courant de défaut, soit automati- quement si cet ordre de grandeur est in connu. Il suffira pour cela d'utiliser un cer tain nombre de relais instantanés à maximum .de courant, réglés à des valeurs échelonnées du courant, chacun d'eux étant chargé de commuter le transformateur de courant 35 d'une prise à la suivante.
La fig. 5 représente un tel dispositif. Dans cette figure, les mêmes repères ont la même signification que dans la fig. 4.
f6, 37, 38 représentent trois relais instan- tanés à maximum -de courant, réglés à des valeurs croissantes, c'est-à-dire le relais 36 est réglé à la valeur la plus faible et celui 38 à la valeur la plus forte. Chacun de ces relais commande un contact à ouverture et à fermeture,
le passage .d'un contact à l'autre s'effectuant sans coupure. Les contacts sont reliés comme il est indiqué à .des prises cor respondant .à ,des courants de valeur décrois sante sur le transformateur 315.
Le fonction nement :de cet ensemble est évident; plus le courant débité par le transformateur 14 est grand, plus le courant secondaire du trans formateur 35 est relativement réduit, ce qui a pour effet de rapprocher les limites extrêmes -des, courants traversant les enrou lements 3<B>0</B> et 3-3-. Le nombre des relais tels que 3 & , :3,7, 3-8 peut être aussi élevé qu'il est nécessaire.
Il se limitera pratiquement à quatre :ou cinq, lorsque le courant débité par le transformateur 14 varie de 1 à 20.
Sous la forme où les montages décrits ci-dessus sont réalisés, les appareils de me sure sont intéressés par un courant et une tension monophasés. Il est connu que lors qu'on doit effectuer des mesures de réac tance sur une ligne triphasée il y a lion- d'utiliser différentes combinaisons de cou rants -et de tensions! selon le défaut particu lier qui se produit.
Si l'on appelle<I>11, 12, 13</I> les valeurs efficaces des courants dans les trois phases, It la valeur efficace du courant dans :le sol
EMI0005.0030
en. valeurs vectorielles), Ul, U2, U3 les valeurs efficaces des trois tensions entre phases et terre, U1_2, U2_3, U3_1 les valeurs efficaces. -des trois ton sions entre phases,
la réactance d'un défaut survenant entre- les phases 1 et 2 est mesurée par le quotient
EMI0005.0041
2 étant le déphasage entre les vecteurs U1_2 et
EMI0005.0044
_ _, . On obtient -de manière analogue les réac tances de défaut yen :cas de défaut entre les phases 2 et 3, à savoir:
EMI0005.0050
et en. cas de défaut entre les phases 3 et 1, à savoir:
EMI0005.0052
En cas de défaut triphasé symétrique la réactance peut être mesurée par l'une quel conque des valeurs précédentes.
En -cas<B>de</B> défaut entre une phase et la terre, par exemple entre la phase 1 et la terre, -la réactance de défaut a pour valeur:
EMI0005.0054
où K est un coefficient numérique, caracté- rfsé par les écartements relatifs des conduc teurs entre eux et par rapport au sol, et par la conductibilité du sol, et cp,
_t désigne .le
EMI0005.0062
entre les vecteurs et I
EMI0005.0065
Les formules sont analogues en cas -de défaut .entre la phase 2 et la terre et entre la phase 3: et la terre.
Il est intéressant de n'utiliser qu'un seul appareil de mesure pour les différents cas de défaut et d'alimenter cet appareil, selon le -défaut particulier qui se produit, par les combinaisons correctes de courants -et de tensions.
On utilisera à cet effet l'indicateur sui vant; représenté ,sur < la fig. 6, où 31 et 32 sont les mêmes appareils que ceux des fig. 4 et 5, 39@ un relais dé protection du type à réactance, 40 une ligne triphasée dont les phases sont numérotées 1, 2-, .3,, et .qui est reliée à un jeu de barres 4,1 par l'intermé diaire d'un -disjoncteur 42 -dont la bobine de déclenchement 4S est commandée par le con tact 44 du relais 3-9,
au moyen d'une source i auxiliaire, .dont les pôles sont en 4 et 5. Trois transformateurs de tension 4à sonda montés sur le jeu de conducteurs de .ligne et trois -transformateurs de -courant 46 sur un branchement de !la ligne. Deux relais ampère- s métriques balancés 47 -et 48 comparent rës- .
pectivement entre eux les courants des phases 1 et 2, et des phases 3 et-1. Un relais ampère- métrique à maximum 49 est branché dans le fil neutre des transformateurs de courant et est donc parcouru par un courant propor tionnel à It. Trois transformateurs -de cou rant auxiliaires 50, 51, 52 -comportent cha cun deux enroulements primaires, l'un par couru respectivement par les courants Il,<I>12</I> ou I3 et l'autre, muni de prises de réglage,
parcouru par -le courant It. Les trois enrou lements secondaires fournissent donc au cir cuit extérieur trois courants respectivement proportionnels à
EMI0006.0011
le coefficient K étant défini par les prises de réglage, ceci lorsque les trois enroulements secondaires sont couplés en étoile, ou trois courants respectivement proportionnels à
EMI0006.0017
lorsque les trois enrou lements secondaires sont couplés en triangle.
Ces couplages sont faits automatiquement par un relais intermédiaire <B>53,</B> dont la bo bine -est excitée lorsque le relais 49 ferme son contact.
Le ,couplage des transformateurs est fait en triangle dans 1a position :de repos du re lais 53-, c'est-à-dire quand le relais 49 n'est pas excité; il est fait en étoile lorsque le relais 49 est excité, c'est-à-dire lorsqu'il se produit un défaut à la terre, lequel est carac térisé, comme il est connu, par l'existence d'un courant dans le fil neutre des transfor mateurs -de courant.
Trois autres relais inter médiaires 54, 55., 56 sont excités, par les contacts des relais 47 et 4-8, de telle façon que, lorsque le relais 47 ferme son contact, les deux relais 54 et 55 soient excités et que, lorsque le relais 48 ferme son contact, les deux relais 5,6 et 55 soient excités.
Le relais 47 fonctionne lorsque Il > IZ et le relais 48 fonctionne lorsque I3 <I>> h.</I> Le fonctionnement .des relais est alors le suivant:
défaut entre 1 et 2, aucun relais ne fonc tionne, défaut entre 2 et 3, fonctionnement du relais 48,, donc des relais 5.5 et 56, défaut entre $ et 1, fonctionnement du relais 47, donc des relais 54 et 55, défaut triphasé symétrique, aucun relais ne fonctionne, défaut entre 1 et T, fonctionnement des relais 47 -et 49i, donc des relais 54, 55 et 53, défaut entre 2 et T, fonctionnement du relais 49, donc -du relais 5!3, défaut entre 3.
et T, fonctionnement des relais 48 et 49, donc des relais 55, 5,6 et 5-3. On voit, en suivant le schéma, que les enroulements des appareils 31 et 3'2, et du relais .3p9, sont soumis, dans chaque cas de ,défaut, aux courants ou aux tensions qui permettent la mesure ,correcte de la réactance de ce défaut particulier.
Il est évident que le temps qui est laissé aux appareils .3,1 et 32 pour effectuer leur mesure est le temps d'élimination du défaut, limité par le fonctionnement du relais 39 et du disjoncteur 42. Ce temps est généralement compris entre une seconde et 0,2 seconde; selon la position du défaut et la rapidité du relais et du -disjoncteur.
Dans la fig. @6., on suppose que les appa reils restent toujours en circuit, mais on peut aussi prévoir un .dispositif permettant de ne mettre en circuit l'un des enroulements au moins de chaque appareil qu'au moment d'un défaut, de façon qu'en temps normal les équipages restent au zéro.
Dans ce qui précède, on a envisagé des indicateurs permettant aux équipages mobiles des appareils ,de mesure de distance de res- ter -dans .leur position d'équilibre lorsque le courant et la tension ont été coupés. Mais il reste entendu que ces indicateurs sont sim plement donnés à titre d'exemple non-limi- tatif et qu'on ne sort pas du domaine de l'invention en utilisant tout autre indica teur permettant d'obtenir ce résultat.
On pourra, par exemple, utiliser le dispositif de la fig. 7 dans laquelle 57 est une coupe du circuit magnétique inducteur de l'appareil de mesure, 58 le cadre mobile, 59 l'axe sur lequel ee dernier est fixé, 60, le miroir, 6,1 Se ressort spiral antagoniste et 62 un électro aimant fixe monté coaxialement à l'équipage mobile et pouvant, lorsque sa bobine 63 est excitée, soulever légèrement et bloquer l'équi- page mobile en attirant un disque,de fer 64 figé à cet équipage.
Le pivotage -de l'appa reil sera réalisé en conséquence et .compor tera, par exemple, deux tiges cylindriques 66 et 67 tourillonnées dans des paliers -de saphir <B>68-</B> et 69@. Un grain de saphir inférieur 70 servira à supporter l'équipage mobile lors qu'il n'est pas soulevé.
Le fonctionnement sera 1e suivant: Tant -que .l'électro-aimant 62 n'est pas excité, l'équipage mobile est-libre. Il prend sa posi tion d'équilibre au moment du défaut jusqu'à ce qu'un contact, commandé par le relais 39 ou la bobine du-disjoncteur 43, excite l'èlec- tro-aimant. Ce contact est maintenu par des moyens connus jusqu'à intervention ma nuelle. On a donc la possibilité de faire la lecture de la distance du défaut au moment que d'on juge opportun.