Dispositif électrique à fils pilotes La présente invention a pour objet un dis positif électrique à fils pilotes comprenant une paire de fils pilotes excitée à chacune de ses extrémités par une source de tension. Ce dis positif est notamment utilisable pour la pro tection d'un circuit principal tel qu'une ligne d'alimentation ou de transport d'énergie élec trique. Il est également utilisable dans d'autres buts, par exemple pour la mesure d'un angle de phase.
Pour la protection d'une ligne d'alimenta tion en énergie électrique, il est souvent dési rable de pouvoir utiliser des fils pilotes du type utilisé dans les circuits téléphoniques normaux. De tels fils présentent une résistance de lacet relativement élevée et une grande capacité électrostatique mutuelle. D'autre part, la ten sion maximum admissible entre les deux fils d'une paire de fils téléphoniques est de l'ordre de<B>100</B> volts seulement. On se rend compte qu'avec de telles caractéristiques, ces fils ne sont pas très satisfaisants et sont mal adaptés aux conditions qui prévalent d'ordinaire dans les circuits pilotes de dispositifs de protection, tels que le dispositif dit de Merz-Price par exemple.
Le but principal de la présente invention est de fournir un dispositif électrique à fils pi- lotes, dans lequel on peut utiliser soit des fils pilotes du type téléphonique, soit des fils pilotes du type ordinairement utilisé dans des buts de protection.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend, à chacune de ses extrémités, d'une part un redresseur branché en série entre l'une des bornes de la source correspondante et l'un des fils pilotes, ces deux redresseurs étant branchés dans des sens opposés et chacun d'eux étant shunté par une résistance, d'autre part un redresseur shunt branché dans le sens opposé à celui du redres seur série adjacent, dans un circuit shunt bran ché entre les deux fils pilotes, et enfin des moyens susceptibles de réagir à un courant tra versant le redresseur shunt correspondant. Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est le schéma de principe d'une première forme d'exécution très simplifiée. La fig. 2 est le schéma de ladite forme d'exécution utilisée dans un dispositif de pro tection d'une ligne d'alimentation triphasée du type Merz-Price. Les fig. 3 et 4 sont des schémas partiels de deux variantes de la première forme d'exécu tion, chacune de ces variantes comprenant des moyens pour limiter la tension appliquée au circuit pilote.
La fig. 5 est le schéma partiel d'une deuxième forme d'exécution. La fi-. 6 est un schéma correspondant à celui de la fig. 1 d'une variante comprenant des moyens destinés à réduire les risques de fonc tionnement intempestif en cas d'inversion des connexions à l'une des extrémités du circuit pilote.
La fig. 7 est le schéma d'une troisième forme d'exécution destinée à assurer la protec tion d'un circuit principal triphasé ; et la fig. 8 est le schéma d'une quatrième forme d'exécution destinée à mesurer l'angle de phase entre les tensions respectivement four nies par deux sources à chacune des extrémités du circuit pilote. La forme d'exécution très simplifiée repré sentée à la fig. 1 et de laquelle dérivent toutes les autres comprend deux fils pilotes A1 et A2, qui peuvent par exemple être constitués par une paire de fils téléphoniques, et un circuit local à chacune des extrémités de ce circuit pilote.
Le circuit local de gauche, qui est analogue à celui de droite, comprend une source de tension alternative B constituée par le secondaire d'un transformateur, un redresseur à une alternance C shunté par une résistance D et branché en série entre l'une des bornes de la source B et l'un des fils pilotes A1. Il comprend en outre un circuit shunt branché à une de ses extré mités au point commun du redresseur série C et du premier fil pilote A1 et, à son autre extré mité,
au point commun du second fil pilote A2 et de l'autre borne de la source<I>B.</I> Ce cir cuit shunt comprend un redresseur à une alter nance E et l'enroulement d'un simple relais à courant continu F branché en série avec ce redresseur. Les deux redresseurs série C et c branchés chacun à l'une des extrémités du pre mier fil pilote A1 sont connectés dans des sens opposés et, dans le circuit local de chaque extrémité du dispositif, les redresseurs série C et c, d'une part, et shunt E et e, d'autre part, sont branchés respectivement en opposition.
Les deux sources de tension B et b sont reliées au circuit de manière que, lorsque les tensions respectivement fournies par chacune de ces sources sont en phase, elles contribuent l'une et l'autre à faire passer du courant à travers le circuit pilote. La valeur de la résistance shunt<I>D</I> ou<I>d</I> de chaque extrémité du circuit est au moins égale à la résistance totale des deux fils pilotes AZ et<I>A'.</I>
On va maintenant décrire le fonctionnement de cette forme d'exécution dans diverses cir constances. Au cours de cette description, on appellera extrémité interne l'extrémité du dispositif dont les éléments sont désignés au dessin par des majuscules, et on appellera extrémité externe l'extrémité du dispositif dont les éléments sont désignés au dessin par des minuscules.
On va tout d'abord examiner le cas dans lequel les tensions des deux sources<I>B</I> et<I>b</I> sont en phase et d'amplitudes égales, la direc tion d'écoulement du courant au cours de la demi-période considérée en premier lieu étant celle permise par le redresseur C de l'extrémité interne. Dans ce cas, au cours de cette demi- période, la résistance shunt D est court-circui tée par le redresseur série C tandis que, à l'extrémité externe, le redresseur série c s'op pose à l'écoulement du courant qui est ainsi obligé de traverser la résistance shunt d.
Aucun courant ne s'écoule à travers le circuit E F du redresseur shunt de l'extrémité interne pendant cette demi-période, puisque la différence de po tentiel aux bornes de ce circuit est de sens op posé au sens de passage du redresseur E. Ce pendant, à l'extrémité externe, la différence de potentiel aux bornes du circuit ef du redresseur shunt dépend de la valeur de la résistance shunt d par rapport à celle des fils pilotes à travers lesquels circule le courant. Si ces deux résis tances sont égales, les deux extrémités du cir cuit ef du redresseur shunt de l'extrémité externe sont des points équipotentiels et aucun courant ne passe à travers ce circuit.
Du cou- rant ne pourrait passer à travers le redresseur shunt e pendant cette demi-période que si la résistance des fils pilotes était plus grande que la résistance d. En rendant cette résistance shunt d plus grande que la résistance des fils pilotes, on empêche avec une plus grande sécu rité tout écoulement de courant à travers le re dresseur shunt de l'extrémité externe e et on accroît ainsi la stabilité du dispositif.
Par con séquent, pendant la demi-période considérée, aucun courant ne circule ' à travers le relais F ni à travers le relais f et cela est également vrai pendant l'autre demi-période de chaque période du courant alternatif fourni au dispositif, les conditions prévalant respectivement à l'extré mité interne et à l'extrémité externe de celui-ci étant alors simplement interverties.
On a supposé jusqu'ici que les tensions des deux sources<I>B</I> et<I>b</I> étaient d'amplitudes éga les ; cependant, la stabilité accrue mentionnée ci-dessus et obtenue en rendant chacune des ré sistances shunt<I>D</I> et<I>d</I> plus grande que la ré sistance des fils pilotes assure que ni l'un ni l'autre des relais<I>F et</I> f n'est parcouru par un courant dans les conditions spécifiées ci-dessus, même lorsque les deux tensions appliquées au dispositif diffèrent l'une de l'autre d'une quan tité qui dépend de la différence entre la valeur de chacune des résistances shunt et celle de la résistance des fils pilotes.
On va maintenant examiner ce qui se passe lorsque les deux tensions appliquées au dispo sitif sont égales entre elles en amplitude, mais en opposition de phase. Les deux redresseurs série C et c s'opposent alors à l'écoulement du courant au cours d'une demi-période et du cou rant peut par conséquent circuler à travers les circuits locaux comprenant chacun l'une des résistances shunt<I>D</I> et<I>d</I> et l'un des redresseurs shunt E et e, aucun courant ne circulant cepen dant à travers les fils pilotes A1 et A2 puisque les tensions sont d'amplitudes égales et dépha sées l'une par rapport à l'autre de 180 .
Pen dant l'autre demi-période, les redresseurs série C et c court-circuitent chacun la résistance shunt associée<I>D, d</I> et les redresseurs shunt E et e s'opposent au passage d'un courant à tra vers le circuit shunt correspondant. Etant donné que les tensions sont équilibrées, aucun courant ne circule dans le dispositif pendant cette demi période.
Par conséquent, lorsque les deux ten sions appliquées au dispositif sont en opposition de phase, du courant circule à travers les en roulements des relais<I>F et</I> f pendant une,demi- période sur deux. Lorsque les deux tensions sont d'amplitudes différentes et en opposition de phase, les mêmes conditions prévalent, mais les valeurs des courants circulant respective ment à travers l'enroulement de chacun des re lais sont différentes.
Lorsque les tensions des deux sources sont déphasées l'une par rapport à l'autre d'un angle différent de 180 , les amplitudes des courants circulant à travers les enroulements des deux relais sont fonction de l'angle de phase de ces tensions l'une par rapport à l'autre.
Lorsque l'une des deux sources de tension, par exemple la source b de l'extrémité externe, est mise hors circuit, du courant circule pen dant une demi-période à travers la résistance shunt D de l'extrémité interne et à travers le redresseur shunt E de cette même extrémité tandis que, pendant l'autre demi période, du courant circule à travers le redresseur série C de cette extrémité, le circuit pilote A1 <I>A2</I> et la résistance shunt d de l'extrémité externe, mais aucun courant ne circule à travers l'un ou l'autre des redresseurs shunt E et e.
Ainsi, dans ce cas, du courant circule à travers l'enroule ment du relais F de l'extrémité interne pen dant une demi période sur deux, mais aucun courant ne circule à travers l'enroulement du relais f de l'extrémité externe.
On se rend compte que la forme d'exécu tion très simplifiée qu'on vient de décrire est extrêmement bien adaptée en vue d'être utilisée dans un dispositif de protection à équilibre de courant du type Merz-Price. Dans ce cas, la source de tension de chaque extrémité du dis positif est constituée par l'enroulement secon daire<I>B, b</I> d'un transformateur intégrateur d7in- tensité comprenant un primaire Bl, b1 muni de prises,
comme cela est représenté à la fig. 2. Chacun de ces enroulements primaires est excité à partir de transformateurs de courant Gl, G' et G3, respectivement g1, g2 et g3 dispo- sés sur les trois phases<I>HI,</I> H2 et<I>H3</I> d'un circuit principal devant être protégé,
et agencés de fa çon à fournir une tension de sortie secondaire sous l'effet de n'importe quel type de défaut se produisant dans le circuit principal. Le relais <I>F,</I> f de chacune des extrémités du dispositif commande le déclenchement d'un disjoncteur <I>J, j</I> branché à l'extrémité adjacente du circuit principal, de la façon usuelle.
Les trois types de conditions de fonctionnement décrits ci- dessus en référence à la forme d'exécution très simplifiée représentée à la fig. 1 correspondent alors respectivement à un défaut extérieur à la section protégée du circuit principal, à un dé faut intérieur à cette section, alimenté à partir des deux extrémités de la section, et à un dé faut intérieur alimenté à partir d'une seule des extrémités de la section.
Les relais fonctionnent alors de façon à mettre la ligne principale hors circuit aux deux extrémités, ou à l'extrémité d'alimentation de la section du circuit principal dans les deux derniers cas, et ne fonctionnent pas dans le cas d'un défaut extérieur à cette sec tion. Les relais<I>F et</I> f utilisés peuvent être des relais à courant continu puisqu'ils sont excités par du courant pulsatoire unidirectionnel.
Il convient de remarquer en particulier que le risque de fonctionnement intempestif sous l'effet de courants capacitifs circulant entre les deux fils pilotes<I>AI</I> et A2 est extrêmement ré duit, et cela est un facteur important permettant l'utilisation de lacets de l'administration des té léphones pour constituer des circuits pilotes.
Un autre avantage important du dispositif qu'on vient de décrire est dû au fait qu'il per met de faire fonctionner un dispositif de protec tion à équilibre de courant du type Merz-Price de façon satisfaisante avec deux fils pilotes seulement au lieu de trois qu'on utilise habi tuellement. En effet, ce dispositif présente une paire de points équipotentiels à chacune des extrémités du circuit pilote au lieu d'une seule paire de points équipotentiels se trouvant res pectivement aux deux extrémités du circuit pilote, ce qui obligeait à utiliser un troisième fil pilote pour relier ces points équipotentiels l'un à l'autre.
Lorsqu'on utilise une paire de fils télépho- niques comme fils pilotes, il est généralement désirable de prévoir des moyens pour limiter la tension appliquée au circuit pilote. Cette limitation peut par exemple être effectuée comme représenté à la fig. 3, en branchant une résistance non linéaire K aux bornes de l'en roulement secondaire B du transformateur.
Ce pendant, de préférence, on utilise un circuit li miteur de tension comprenant une impédance non linéaire et une impédance linéaire bran chées en série aux bornes de l'enroulement se condaire<I>B</I> et reliées au circuit pilote A1 A2 de façon à appliquer à ce circuit des tensions opposées respectivement obtenues à partir de chacune de ces impédances. La variante re présentée à la fig. 4 comprend un tel circuit limiteur.
Ce circuit comprend une impédance non linéaire L qui est reliée d'une part à l'une des bornes de l'enroulement secondaire B du transformateur et d'autre part au point com mun de deux enroulements<I>MI</I> et M2 dont l'un est d'autre part relié à l'autre borne de l'en roulement B, tandis que l'autre est d'autre part relié au-redresseur série C et à la résis tance shunt<I>D.</I> Les deux enroulements<I>MI</I> et M2 sont des enroulements d'un transformateur comprenant un troisième enroulement M3 qui est chargé par une résistance linéaire N.
Bien qu'un simple relais à courant continu branché dans le circuit du redresseur shunt soit suffisant, il est parfois préférable de pré voir des moyens servant à isoler ce relais du circuit pilote. Ces moyens peuvent être cons titués par un transducteur du type sensible à la tension et permettant également, en cas de be soin, d'amplifier le courant destiné à faire fonc tionner le relais de déclenchement.
La deuxième forme d'exécution représentée partiellement à la fi-. 5 comprend un trans ducteur à chacune des extrémités du circuit pi lote. Chacun de ces transducteurs comprend un noyau à trois bras O portant un enroulement de commande à courant continu OI disposé autour de son bras central et un enroulement actif à courant alternatif comprenant deux demi- enroulements <I>02</I> et<I>03</I> respectivement disposés sur chacun des bras externes du noyau et bran chés en série.
L'enroulement de commande à courant continu OI est branché en série avec le redresseur shunt E et l'enroulement du relais F est relié, par l'intermédiaire d'un redresseur en pont à deux alternances P, en série avec les demi-enroulements actifs à courant alternatif <I>02</I> et<I>03</I> dans un circuit alimenté à partir d'une source de courant alternatif.
Dans la forme d'exécution représentée, cette source de cou rant alternatif est constituée par un enroule ment secondaire supplémentaire B2 d'un trans formateur intégreur d'intensité<I>B BI</I> alimenté lui-même à partir de transformateurs de cou rant branchés dans le circuit principal devant être protégé et qui alimente le circuit pilote <I>AI</I> A2 au moyen de son enroulement secon daire B. En variante, cette même source pour rait être constituée par un transformateur in dépendant du transformateur<I>B BI</I> et excité conformément aux conditions d'écoulement du courant dans le circuit principal.
Lorsqu'on utilise un transducteur, il est généralement dési rable de prévoir un dispositif limiteur de ten sion empêchant l'application de tensions exces sives au transducteur lorsque de forts courants de défaut circulent dans le circuit principal. Dans la forme d'exécution de la fig. 5, une telle limitation est obtenue au moyen de deux redresseurs<I>Q</I> et<I>QI</I> branchés en parallèle et en opposition entre l'une des extrémités de l'en roulement actif 02 du transducteur et le re dresseur P. Une résistance R est branchée entre l'une des extrémités de l'enroulement secon daire supplémentaire B' et ladite extrémité de l'enroulement 02.
Il est d'autre part préférable de brancher un redresseur auxiliaire 04 aux bornes de l'enroulement de commande OI du transducteur, comme représenté.
Lorsqu'on utilise une paire de fils télépho niques pour constituer les fils pilotes<I>AI</I> et A2, il y a parfois un certain risque que les deux fils de cette paire soient croisés par inadver tance, ce qui pourrait donner lieu à un fonc tionnement incorrect du dispositif. Pour cette raison, il est préférable d'agencer le dispositif de façon à minimiser ce risque de fonctionne ment incorrect en cas de croisement des fils.
A cet effet, dans 1a variante représentée à la fig. 6, dans laquelle un croisement des fils est indiqué en traits mixtes tandis que le mode de connexion correct de ces fils est indiqué en pointillé, un redresseur supplémentaire S, s est branché à chaque extrémité en série dans un circuit commun au circuit du redresseur shunt et à celui de la résistance shunt, de façon que ce redresseur fasse partie de ces deux circuits. Le sens de branchement des redresseurs<I>S et s</I> est opposé à celui du redresseur shunt corres pondant E, e.
On peut montrer que la présence de ce redresseur supplémentaire ne perturbe pas le fonctionnement du dispositif lorsque les deux fils pilotes<I>AI</I> et<I>A2</I> sont correctement connectés tandis que, lorsque ces fils sont croi sés, le courant de fonctionnement qui circule à travers les relais F et f est réduit en amplitude du fait que ce courant doit également traverser la résistance shunt correspondante<I>D, d.</I> De la sorte, le risque de fonctionnement incorrect est réduit dans de grandes proportions.
La fig. 7 représente une troisième forme d'exécution présentant les perfectionnements décrits en référence aux fig. 4, 5 et 6 et le fonctionnement de cette forme d'exécution est par conséquent évident d'après ce qui précède.
Bien que le dispositif à circuit pilote décrit soit principalement destiné à être utilisé dans un dispositif de protection du type Merz-Price, il peut également être utilisé dans d'autres buts, par exemple pour mesurer l'angle de phase entre les tensions de deux sources de tensions d'amplitudes égales alimentant chacune l'une des extrémités d'un long circuit pilote, lors qu'on désire obtenir simultanément une indi cation de cet angle de phase à chacune de ces extrémités. La quatrième forme d'exécution re présentée à la fig. 8 est destinée à être utilisée dans un tel but de mesure.
Elle est analogue à la première forme d'exécution décrite en réfé rence à la fig. 1, avec ,la différence que les relais à courant continu F et f des extrémités de ce dernier dispositif sont remplacés par des instruments de mesure<I>T</I> et<I>t,</I> par exemple des ampèremètres du type à bobine mobile, direc tement calibrés en angle de phase.
On peut montrer que lorsque le courant circulant à tra vers chacun des instruments de mesure<I>T</I> et<I>t</I> est reporté graphiquement en fonction de l'an- gle de phase mesuré, la courbe obtenue est de forme ondulée et périodique et quelque peu analogue à une sinusoïde, le courant étant nul lorsque l'angle de phase est égal à 1801, et maximum lorsque cet angle est nul. Le dispo sitif spécifié est particulièrement avantageux pour de telles mesures du fait que la valeur de l'angle de phase pour laquelle le courant cir culant dans les instruments de mesure est nus est indépendante de la capacité entre les fils pilotes.