Dispositif de protection électrique La présente invention a pour objet un dispositif destiné<B>à</B> protéger une ligne électrique polyphasée, connectée par une seule de ses extrémités<B>à</B> un réseau plus ou moins complexe, quand il se produit un<B>dé-</B> faut dissymétrique dans la susdite ligne. Celle-ci sera dénommée<B> </B> antenne<B> </B> dans la suite de l'exposé.<B>Il</B> doit être entendu que cette ligne peut comporter des récepteurs passifs et des machines tournantes récep trices ou génératrices, ou seulement des récepteurs passifs ou seulement des machines tournantes.
Pour qu'un tel dispositif de protection fonctionne correctement, il faut, eune part, qu'il soit sensible <B>à</B> tout défaut dissymétrique survenant dans l'antenne et, d%utre part, qu'il soit sélectif, c'est-à-dire qi#ciI ne fonctionne que pour un défaut dissymétrique<B>y</B> survenant,<B>à</B> l'exclusion de tout défaut dissymétrique se produisant dans le réseau.
Des dispositifs de protection sont connus, dans lesquels on utilise des relais sensibles<B>à</B> la puissance inverse, puisque les composantes inverses du courant et de la tension n'apparaissent qu'au moment d'un défaut d'isolement dissymétrique. Le défaut, pouvant être considéré comme générateur de puissance in verse, le sens d'écoulement de cette puissance est un critère sélectif qui permet de détecter l'emplacement du défaut par rapport<B>à</B> l'emplacement du relais de protection de l'antenne.
Cependant, un relais sensible uniquement<B>à</B> la puissance inverse (c'est-à-dire<B>à</B> un produit contenant la tension et le courant inverses) ne fonctionne, pas lorsque l'un de ces deux termes est nul ou extrême ment faible. Ces conditions sont réalisées dans les deux cas suivants: <B>1.</B> Si l'antenne<B>à</B> protéger est raccordée<B>à</B> un réseau dont la puissance est très élevée par rapport<B>à</B> la puissance de l'antenne, le courant de défaut limité par l'impédance de l'antenne provoque une chute de tension inverse très faible sur le réseau. 2. Si l'antenne est raccordée<B>à</B> un réseau pré sentant une impédance inverse très élevée, le courant inverse est trop faible ou nul.
Ce courant inverse est nul en particulier dans le cas où l'antenne comportant au moins une génératrice n'est pas encore couplée au ré seau. Le but de la présente invention est de créer un dispositif de protection d'une antenne, plus sensible et plus sélectif que les dispositifs connus, de manière <B>à</B> fonctionner, en particulier, dans les deux cas sus mentionnés. Le principe sur lequel l'invention est basée sera expliqué en regard de la fig. <B>1</B> du dessin, qui est un diagramme unifilaire représentant une antenne raccordée<B>à</B> un réseau, et<B>de</B> la fig. 2 qui est une diagramme d'impédance inverse.
Sur la fig. <B>1,</B> M désigne l'antenne raccordée au réseau<B>N,</B> au point<B>0,</B> par un disjoncteur<B>C</B> dont l'ouverture est, en particulier, commandée par un relais<B>D.</B>
En cas<B>de</B> défaut dissymétrique survenant dans l'antenne, au point<B>E</B> par exemple, il appardit <B>à</B> l'em placement du relais<B>D</B> une tension et un courant inverses dont le quotient vectoriel est l'impédance inverse Z du réseau<B>N</B> au moment où se produit le défaut. Ce quotient est donc indépendant de la posi tion du défaut sur l'antenne. De même, pour un défaut dissymétrique survenant dans le réseau<B>N,</B> au point F par exemple, il apparaît<B>à</B> l'emplacement du relais<B>D</B> une tension et un courant inverses dont le quotient vectoriel est l'impédance inverse Z de l'an tenne, au moment du défaut.
Or, dans un système de coordonnées, oÙ l'abscisse représente la résistance inverse R, et l'ordonnée, la réactance inverse X, l'impédance inverse de l'antenne est contenue dans le quadrant<B>1</B> (fig. 2), tandis que l'impédance inverse du réseau est contenue dans le quadrant<B>3.</B>
Les différentes valeurs (modules et arguments) <B>de</B> l'impédance inverse de l'antenne dépendent<B>de</B> la constitution de l'antenne. Elle seront déterminées pour toutes les conditions d'exploitation de celle-ci (par exemple, nombre de machines réceptrices ou génératrices en service dans l'antenne).
Ces différentes valeurs de l'impédance inverse de l'antenne sont inscrites dans une zone L, de préfé rence circulaire, dont le diamètre et la position du centre sont tels qu'à rintérieur <B>de</B> cette zone se trouve toujours l'extrémité d'un vecteur tel que OA représentant l'impédance inverse r de l'antenne au moment d'un défaut dissymétrique dans le réseau<B>N.</B>
Au moment d'un défaut dissymétrique survenant dans l'antenne M, on voit qu'un vecteur tel que OB représentant l'impédance inverse Z du réseau au mo ment de ce défaut, même si cette impédance 'inverse est très faible, a toujours son extrémité B nettement en dehors de la zone circulaire.
On voit donc qu7il est possible d?obtenir un dis positif sélectif de protection d#une antenne, en uti lisant un relais sensible<B>à</B> toute valeur de l'impédance inverse Z du réseau qui apparaît lors d'un défaut dissymétrique dans l'antenne. Ce relais ne fonctionne pas lorsque l'impédance inverse qui apparaît est<B>à</B> l'intérieur du contour fermé (zone de verrouillage). <B>Il</B> fonctionne pour toutes les valeurs de l'impédance inverse qui apparaît<B>à</B> l'extérieur de cette zone.
On ne fait aucune hypothèse sur la forme géomé trique du contour fermé de cette zone. Toutefois, ce contour sera avantageusement un cercle englobant toutes les valeurs que peut prendre l'impédance in verse de l'antenne lors d'un défaut dissymétrique dans le réseau.
Le dispositif de protection selon l'invention com prend au moins un relais, disposé au point de raccor dement de l'aritenne, et du réseau et alimenté par les tensions et les courants inverses qui apparaissent lors de défauts dissymétriques. Ce dispositif est caracté risé en ce que ledit relais est pourvu de moyens grâce auxquels il compare l'impédance inverse déter minée par ces courants et ces tensions avec au moins une impédance inverse de référence dont l'extrémité du vecteur représentatif coïncide avec un point carac téristique d'une figure géométrique contenant les dif férentes valeurs que peut prendre l'impédance inverse de l'antenne lors d'un défaut dissymétrique dans le réseau,
le tout étant agencé de manière que ledit relais ne fonctionne pas lorsque l'extrémité du vec- teur représentatif de l'impédance inverse qui apparaît lors d'un défaut dissymétrique se trouve<B>à</B> l'intérieur de la susdite figure géométrique, et fonctionne lors que l'extrémité de ce vecteur se trouve<B>à</B> l'extérieur de cette figure géométrique.
Lorsque la. susdite figure<B>1</B> géométrique sera, par exemple, un cercle, l'extrémité du vecteur représen tant l'impédance inverse de référence cdincide avec <B>le</B> centre de ce cercle, ou encore les extrémités res pectives de deux vecteurs représentant deux impé dances inverses de références déterminent un dia mètre de ce cercle.
Les fig. <B>3</B> et<B>5</B> du dessin annexé représentent, schématiquement et<B>à</B> titre d'exemples, deux formes (Texécution de l'objet de l'invention. Les fig. 4 et<B>6</B> sont des diagrammes explicitant respectivement le fonctionnement des relais des fig. <B>3</B> et<B>5.</B>
Dans le dispositif représenté<B>à</B> la fig. <B>3, 11,</B> 12, <B>13,</B> représentent les trois lignes d'une antenne tri phasée. Les secondaires des trois transformateurs de courant 14,<B>15, 16</B> alimentent un filtre de courant inverse bien connu 20. Un tel filtre comporte, par exemple, deux circuits ayant un point commun, dont l'un est constitué par une résistance, l'autre par une impédance, l'impédance étant dimensionnée de telle sorte que son module soit égal<B>à</B> la valeur de la résistance et que la tension entre ses bornes soit décalée en avant de 60o par rapport au courant qui la traverse. Les secondaires des transformateurs de tension<B>17, 18</B> alimentent un filtre de tension inverse également bien connu 21.
Un tel filtre comporte, par exemple, deux circuits ayant un point commun, dont l'un est constitué par une résistance et une induc tance, et dont l'autre est constitué par une résistance et un condensateur, les différents éléments de ces circuits étant dimensionnés pour que les tensions<B>à</B> leurs bornes soient égales et décalées de<B>600.</B>
Les bornes de sortie du filtre 20 sont connectées <B>à</B> un circuit comportant deux impédances 22 et<B>23.</B> La valeur de l'impédance 22 est Zl. La valeur des impédances 22 et<B>23</B> est Z2. 24 et<B>25</B> désignent deux bobines d'un relais. Leur extrémité commune est connectée<B>à</B> une borne de sortie du filtre de ten sion inverse 21. L'autre extrémité de la bobine<B>25</B> est connectée<B>à</B> l'extrémité de l'impédance<B>23</B> reliée <B>à</B> une borne de sortie du filtre 20. La deuxième borne de sortie du filtre 21 est connectée<B>à</B> l'extrémité de rimpédance 22 reliée<B>à</B> une borne de sortie du filtre 20.
Dans cet exemple, les impédances de référence Z, et 4 ont un même argument, mais des modules de valeurs différentes.<B>19</B> désiane un contact dont la fermeture est commandée par l'équipage mobile (non représenté) du relais lorsque le couple qui s'exerce sur ledit équipage mobile est positif. Le con tact<B>19,</B> quand il est fermé, provoque l'ouverture du disjoncteur<B>C</B> (fig. <B>1),</B> ce qui sépare l'antenne du réseau.
S'il se produit un défaut dissymétrique, soit dans le réseau, soit dans l'antenne, il apparaît un courant inverse I aux bornes de sortie du filtre 20 et une tension inverse<B>U</B> aux bornes de sortie du filtre 21.
La tension aux bornes de la bobine 24 est: <B>U -</B> Zj et la tension aux bornes de la bobine<B>25</B> est<B>: U -</B> ZI.
Le relais, qu'il soit du type électrodynamique, ferrodynamique ou<B>à</B> induction, est constitué de ma- niùre que le couple exercé sur son équipage mobile soit nul lorsque les deux vecteurs représentant les tensions<B>1 U -</B> Zil <B>1</B> et<B>1 U -</B> ZA <B>1</B> sont décalés de <B>90,,,</B> le couple étant positif pouf tout angle de ces deux vecteurs inférieur<B>à 900</B> et négatif pour tout angle de ces deux vecteurs supérieur<B>à 90".</B> Le couple est donc proportionnel au terme réel du produit:
<B>(U -</B> Zjl) <B>- (U -</B> 7#. I) Le dispositif représenté<B>à</B> la fig. <B>5</B> est établi selon le principe des balances électromagnétiques.
Le relais de ce dispositif comporte essentielle ment deux bobines<B>31</B> et<B>32</B> et un fléau mobile<B>33</B> qui coopère avec des contacts<B>35</B> et qui est sollicité par les deux bobines. 34 désigne une impédance de valeur Zl. Lorsque aucun couple n'est exercé sur<B>le</B> fléau<B>3 3,</B> ou si les couples exercés sur ce fléau sont égaux, les contacts<B>35</B> sont ouverts.<B>Il</B> en est de même si le couple exercé par la bobine<B>32</B> est prépondé rant.
Par contre, les con-tacts <B>35</B> se ferment si le cou ple exercé par la bobine<B>31</B> l'emporte sur celui exercé par la bobine<B>32.</B> La bobine<B>32</B> et l'impédance 34 sont parcourues par le courant inverse<B>1</B> qui apparaît aux bornes d'un filtre de courant inverse (non repré senté), lors d'un défaut dissymétrique, soit dans le réseau, soit dans l'antenne. Le couple électromagné tique produit dans la bobine<B>32</B> est proportionnel<B>à</B> 12. La bobine<B>31</B> et l'impédance 34 sont soumises<B>à</B> une tension inverse<B>U</B> qui appardit aux bornes d'un filtre de tension inverse (non représenté) lors du défaut susmentionné.
Le couple électromagnétique produit dans la bobine<B>3 1</B> est proportionnel<B>à: (U -</B> Z11)2.
Le couple exercé sur le fléau mobile<B>33</B> est nul lorsque K<B>(U -</B> Z,1)2 <B>=</B> K' 12, K et K' étant des constantes qui dépendent du nombre de spires des bobines<B>31</B> et<B>32.</B>
S'il s7agit d'un défaut dissymétrique, dans le ré seau, le quotient représente l'impédance inverse r de l'antenne,
EMI0003.0019
de sorte que l'égalité précédente devient S'il s'agit d'un défaut dissymétrique dans le ré seau, le quotient
EMI0003.0020
représente l'impédance inverse Z' de l'antenne et le produit précédent s'exprime ainsi<B>:</B> 12(r-zl) <B>-</B> (r-z,) Le couple exercé sur l'équipage mobile du relais est nul quand le produit scalaire des grandeurs !Z'-Zil et IZ-7_21 est nul, c'est-à-dire quand les deux vecteurs représentant ces grandeurs font entre eux un angle de<B>900.</B>
Sur la fig. 4 représentant un système de coor données<B>:</B> résistance inverse R<B>-</B>réactance inverse X, OG représente l'impédance inverse égale<B>à</B> l'impé dance de préférence Z, et OH représente l'impédance inverse égale<B>à</B> l'impédance de référence 7.. L, est une circonférence ayant GH comme diamètre.
Pour une valeur de l'impédance inverse r de l'antenne représentée par un vecteur tel que OK, dont l'extré mité se trouve sur la circonférence L<B>1</B> les vecteurs GK et HK, représentant respectivement les<B>diffé-</B> rences vectorielles Ir <B>-</B> Z,<B>1</B> et<B>1</B> Z'<B>-</B> Z2<B>1 ,</B> font entre eux un angle droit. Comme cela a été expliqué précédemment, le couple exercé sur l'équipage mobile du relais est nul.
Pour toute valeur de l'impédance inverse r re présenté par un vecteur dont l'extrémité se trouve sur la circonférence LI le couple exercé sur l'équi page mobile du relais est évidemment nul. Pour toute, valeur de l'impédance inverse r représentée par un vecteur tel que OW par exemple, dont l'extrémité se trouve<B>à</B> l'intérieur de la circonférence Ll, le couple exercé sur l'équipage mobile du relais est négatif (de sorte que le contact<B>19</B> reste ouvert) car l'angle GKH est supérieur<B>à 900.</B> Par contre,
pour les valeurs de l'impédance inverse représentées par des vecteurs dont l'extrémité est située en dehors de la circonfé rence LI et notamment pour les valeurs de l'impé dance inverse du réseau déterminées par le quotient vectoriel de la tension et du courant inverses qui apparaissent<B>à</B> l'emplacement du relais en cas de défaut dans l'antenne, l'équipage mobile dudit relais est soumis<B>à</B> un couple positif et son contact<B>19</B> se ferme.
EMI0003.0037
Le lieu géométrique des points représentatifs<B>de</B> l'impédance r qui satisfont<B>à</B> cette dernière égalité est une circonférence L2<B>de</B> rayon
EMI0003.0038
(fig. <B>6),</B> dont le centre est l'extrémité P du vecteur OP, représentant l'impédance inverse égale<B>à</B> l'impé dance de référence ZI.
Pour toute valeur de l'impédance inverser re présentée par un vecteur tel que<B>OS</B> dont l'extrémité se trouve sur la circonférence L.,, <B>le</B> couple exercé sur le fléau mobile<B>33</B> du relais 'est évidemment nul. Pour toute valeur de l'impédance inverse r repré sentée par un vecteur tel que<B>OS',</B> par exemple, dont l'extrémité se trouve<B>à</B> l'intérieur de la circonfé rence L2, la différence vectorielle V<B><I>-</I></B> Z,<B>=</B> PS' est plus petite que PS. Le couple exercé par la bobine <B>32</B> est prépondérant,<B>de</B> sorte que les contacts<B>35</B> restent ouverts.
Par contre, pour toutes les valeurs de l'impédance inverse représentées par des vecteurs dont l'extrémité est située en dehors de la circonfé rence 4 et, en particulier, pour les valeurs de l'im pédance inverse du réseau qui apparaissent<B>à</B> l'em placement du relais en cas de défaut dans l'antenne, la différence vectorielle V<B><I>-</I></B> Z, est plus grande que PS. Le couple exercé par la bobine<B>31</B> est pré pondérant et les contacts<B>35</B> se ferment.