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"PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DE PROTECTION POUR CIRCUITS ELECTRIQUES.-"
La présente invention vise des perfectionnenents aux systèmes de protection pour circuits électriques, et plus particulièrement aux appareils de protection comprenant des relais sensibles au rapport des valeurs relatives d'une grandeur électrique d'un circuit en deux points différents de celi-ci.
L'invention offre un appareillage de protection amélioré dont la sensibilité aux valeurs relatives de grandeurs électriques d'un circuit, est automatiquement variée en fonction de conditions du circuit, telles que des dé- fauts d'isolement, des surtensions dues à la commutation, des courants d'exci-
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tation, etc-- de manière à assurer la protection maximum compatibls avec la continuité désirée pour le service-
La sensibilité des appareils de protection, par exemple les re- lais de surintensité, est limitée par la charge de sécurité maximum qui doit être supportée, de sorte que dans les périodes de faible charge, lorsque la puissance génératrice des machines est faible, un défaut effectif ne crée pas nécessairement un courant suffisant pour actionner les relais,
parce qu'ils ont un réglage fixe qui peut tre varié seulement par une opération manuelle, Mais il n'est pas toujou pratique, an raison des interconnexions très développées et des changements de charge rapides que présentent les installations modernes, de modifier à la main les réglages de relais,
D'autre part+, dans la protection des appareils et des machines à induction qui sont soumis à des appels de courant magnétisants, ces courants peu- vent être plus intenses que le courant de défaut désiré agissant sur les appareils de protection, de sorte que des dispositions spéciales deviennent nécessaires pour permettre la connexion de tels appareils- L'invention offre des appareils de pro- tection qui sont plus sensibles, sous les conditions de défauts effectifs,
que sous les conditions de charge maximum auxquelles la ligne peut être soumise*
D'autre part, dans le cas de circuits fonctionnant en parallèle et dans lesquels un équilibrage d'intensité doit être maintenu, il est fréquen- ment difficile de remettre une seconde ligne en service, à moins qu'une consigne déterminée de commutation ne soit suitie, parce'qu'avec une ligne en srvipe, tou- te tentative pour mettre une autre ligne en service entraîne la production tempo- raire d'un très fort déséquilibre qui provoque le fonctionnement de l'appareil de protection, bien qu'il n'y ait pas de défaut réel- L'invention, à cet effet, of- fre des appareils de protection perfectionnés pour un circuit électrique compor- tant deux lignes en parallèle,
agencés de manière à assurer une action sélective dépendant des valeurs relatives des intensités de ligne et des tensions de ligne, de telle sorte que les opérations de mise en service ou de commutation de ligne puissent 'être réalisées avec succès, indépendamment de l'ordre dans lequel elles sont exécutées- Etant donné que la stabilité d'un circuit devient plus impor- tante lorsque le nombre d'interconnexions de circuit augmente, il est désirable, en vue de maintenir la continuité maximum de service, de supprimer la partie d'
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'un circuit qui présente un défaut, aussi rapidement que possible, en vue d'em- pêcher par exemple la perte de la charge synchrone- A cet effet,
l'invention of- fre un appareil de protection perfectionné qui fonctionne si rapidement, en ré- ponse à des défauts, qu'il empêche plus ou moins complètement toute instabilité de fonctionnement sur les parties saines de la ligne-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère limi- tatif, et dans lesquels :
La Fig.1 représente, en élévation latérale, un relais protec- teur conforme à l'invention-
La Fig.2 est un schéma de connexions d'un équipement conforme . l'invention, avec appareilde protection équilibré pour un circuit électrique comportant deux lignes en parallèle'
La Fig-3 est le schéma des connexions d'un autre équipement con- fonne à l'invention, appliqué à un système de protection pour appareil inductif, tel qu'un transformateur-
La Fig.4 enfin est un diagramme donnant les caractéristiques d'un relais de protection conforme à l'invention*
Dans l'équipement de la fig.2 une partie d'un circuit polyphasé comprend une ligne principale 6 à laquelle sont reliées des lignes en parallèle 7 et 8, par l'intermédiaire d'appareils de coupure appropriés,
tels que des dis- joncteurs à verrouillage 9 et 10 respectivement* Chacun de ces disjoncteurs est muni d'un enroulement de déclenchement 11 excité par une ligne principale de commande 12, et aussi de contacts auxiliaires 13 et 14 qui sont fermés et ouverts en même temps que le disjoncteur* Les disjoncteurs représentés sont choisis sim- plement à titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention;
lorsqu'on désire obtenir une coupure de circuit très rapide, on peut évidemment faire appel à des disjoncteurs à grande vitesse*
Conformément à l'invention, les disjoncteurs 9 et 10 sont com- mandés sélectivement en fonction d'un rapport de deux grandeurs, par un jeu de re- lais 15 , de telle façon que la valeur opérative minimum d'une des grandeurs, suf- fisante pour créer une action de commande, soit variée an fonction de l'autre grandeur du circuit- Ce réglage a pour effet de modifier la sensibilité du relais
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15, de manière à assurer la protection maximum compatible avec la continuité du service-
Dans l'équipement représenté à titre d'exemple sur la Fig.2 la grandeur électrique choisie est l'intensité du circuit, apparaissant dans les lignes 7 et 8,
et plus particulièrement celle qui apparaît dans les conducteurs de phases correspondants de ces lignes-
Pour commander la sensibilité aux conditions du circuit, par exemple aux défauts d'isolement, on utilise, conformément à l'invention, une ten- sion du circuit, et de préférence la tension la plus affectée par le défaut-
Le relais 15, dont un modèle est représenté schématiquement sur la Fig.2 pour chaque ligne, est un relais à armature électromagnétique pivotée! ce modèle n'est pris qu'à titre (Il exemple et l'on peut évidemment faire appel à tout autre modèle de relais, notamment ceux qui sont du type à dynamomètre ou à disque d'induction.
Dans l'exemple choisi, le relais 15 comporte une pièce mobile telle qu'une armature magnétique 16, et des organes de commande et de réglage pour cette pièce; ceux-ci comprennent d'une part des enroulements d'attraction et d' opposition 17 et 18 respectivement reliés de façon à âtre alimentés par les intensités de la ligne avec laquelle coopère le relais et de l'autre ligne, par l'intermédiaire de moyens appropriés tels que les transformateurs d'intensité 19, et d'autre part un second dispositif d'opposition comportant un enroulement 20 re -lié de manière à être alimenté en fonction de la tension de la ligne associée, par l'intermédiaire d'un dispositif approprié, tel qu'un transformateur de poten- tiel 21.
Pour commander les circuits de bobines de déclenchement 11, et par l'intermédiaire de celles-ci les disjoncteurs 9 et 10, le relais est muni de contacts coopérants 22 et 23; le contact 23 étant réalisé sous forme d'un pont mobile avec l'armature 16. En vue de maintenir un contact de bonne qualité et fer me , sans vibrations résultant de la grande vitesse de fonctionnement, on peut aussi faire appel à un enroulement de maintien 24 qui, comme représenté, est re- lié en série avec les.contacts 22 du relais, de façon à être alimenté par la li- gne principale de commande 12, lors de la fermeture des contacts.
En se reportant à la fig.2 et plus particulièrement à la Fig.l pour les détails du relais, on voit que la structure magnétique des enroulements
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d'attraction et d'opposition comprend, en plus de l'armature 16, des noyaux 25 et 26 montés de manière de préférence réglable, une culasse magnétique 27 sur laquelle sont mentés les noyaux, et une pièce magnétique intermédiaire 28 qui est fixée sur la culasse, et sur laquelle l'armature est pivotée en 29.
Pour ré- duire au minimum les variations dans les valeurs opératives, résultant de l'an- gle de phase, les noyaux des enroulements à intensité comportent de préférence des moyens appropriés tels que les enroulements court-circuités 30*Cet amortis- sement des noyaux empêche l'action d'opposition de s'annuler, et de cette façon élimine tout fonctionnement défectueux pouvant résulter d'impulsions brusques*
Le circuit magnétique de 1'enroulement d'opposition 20 sensible à la tension comprend un noyau 31, qui est de préférence monté de manière réglable sur une culasse magnétique supérieure 32.
En vue d'empêcher la flux de fuite de modifier défavorablement les caractéristiques de fonctionnement des relais, l'enroulement 20 sensible à la tension est agencé de manière que son circuit magnétique soit à peu près in- dépendant, au point de vue magnétique , de l'armature 16 A cet effet, l'en- roulement 20 peut être enveloppé à peu près complètement par une matière magné- tique telle qu'un coffret de fer 33; avec ce coffret 33 et le noyau 31 coopère la pièce mobile ou l'armature auxiliaire 34 de l'enroulement 20.
Pour que l'effet d'opposition de l'enroulement 20 sensible à la tension puisse être efficace sur l'armature 16, l'armature auxiliaire 34 peut être montée sur cet organe. En outre, pour assurer que le relais fonctionne nor- malement de manière silencieuse, l'armature auxiliaire 34 est agencée de façon à se mettre automatiquement en alignement-t. A cet effet, elle peut être montée librement sur l'armature principale 16, de façon à lui permettre un certain jeu angulaire!) cela peut être réalisé de manière appropriée quelconque.
L'arrange- ment représenté à cet effet comprend une vis 35 à tête fraisée présentant une forme différant de celle du trou de l'armature 34, à travers lequel passe la vis, dans une tige 36, de préférence non magnétique, portée par l'armature 16 Pour que les positions relatives des armatures puissent être variées pour des réglages différents du relais, la tige 36 peut être placée de magière réglable par rapport à l'arnature 16, comme représenté Fig.l.
Dans la réalisation de l'invention représentée Fig-1, l'enroule- ment de maintien 24 est supporté entre la culasse magnétique supérieure 32 et
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une pièce non magnétique 37, qui peut être établie ou matière isolante Le noyau 38 de l'enroulement de maintien peut être monté de manière réglable dans la culasse 32, comme représenté- Dans l'arrangement représenté, l'effet de main- tien de la bobine 24 sur 1'armature 16, est dû principalement au flux de fuite*
Pour ajuster le point opératif minimum du relais, lorsque les effets d'opposition de la tension et de l'intensité sont approximativement nuls, on a prévu des moyens de réglage appropriés, tels qu'un ressort 39 et une vis 40.
La ressort 39 possède l'avantage supplémentaire d'entraîner l'ouverture des contacts du relais contre l'effet d'un magnétisme rémanent quelconque du circuit magnétique de la 'bobine de maintien, lorsque la ligne avec laquelle coopère le relais n'est plus sous tension*
L'assemblage peut être maintenu de manière appropriée quelconque, la construction représentée comprenant, en plus des organes précédemment décrits les pièces non magnétiques 41 et 42 pouvant être construites en matière isolante, les vis 43 et 44.
et un ou plusieurs boulons 45 munis d'un. élément d'espacement 46 Comma représenté, les contacts fixes 22, qui se trouvent un sur chaque côté du noyau de Il enroulement de maintien 24, sont montés sur une pièce massive 47 en matière isolante appropriée, fixée sur la pièce 37-
Bien que la Fig.1 représente une élévation latérale d'un seul relais, conforme à l'invention, on comprend que deux relais de ce genre peuvent être montés dans un coffret unique, lorsqu'on désire protéger deux lignes en parallèle, de la manière représentées Fig.2
Si les connexions des enroulements d'attraction et d'opposition 17 et 18, aux lignes respectives, sont telles que les flux, dans les noyaux 25 et 26, soient dirigés dans le même sens,
les deux intensités de line étant elles-mêmes dirigées dans le même sens, et que les circuits magnétiques des en- roulements 17 et 18 sont à peu près identiques antre eux, dans ce cas, indépan.- dammant.du sens de passage du courant, tant qu'il est le même dans les deux li- gnes, la caractéristique du relais 15 demeura à peu près constante, sauf qu'elle est affectée par des variations dans la tension- Cela résulte des courbes en traits pleins A et B de la Fig.4 qui correspondent respectivement à la tension de ligne zéro et normale.
De ces caractéristiques A et B, il résulte que les parties à peu près rectilignes de ces caractérstiques possedent à peu près la même pente, mais que la valeur opérative minimum de courant, capable d'amener
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1'armature 16 dans la position de commande de contact, est accrue par l'effet d'opposition de tension- S'il n'y avait pas de moyens de rappel analogues au ressort 39, la courbe A tendrait à passer par l'origine O; le ressort nécessite, à la tension zéro et au courant d'opposition zéro, un courant opératif minimum
0-1
Mais à la tension normale et aux courant d'opposition zéro, le courant d'attraction ou opératif minimum est augmenté de la quantité 1-2 ou de- puis 0-1 jusqu'à la valeur 0-2;
cet accroissement dans le courant d'attraction minimum est progressivement réduit jusqu'à ce qu'il atteigne une valeur approxi- mativement constante dans la région où les courbes A et B deviennent à peu près parallèles-
Ainsi, pour un courant d'opposition déterminé quelconque dans une des lignes en parallèle 7 et 8, la valeur minimum du courant opératif dans l'autre ligne, capable d'amener l'amature dans la position de circuit fermé, dépend de la tension de l'autre ligne et augmente en fonction de cette tension* En conséquence, tant que l'état normal de ligne est indiquée au moyen de la ten- sion normale, la sensibilité du relais est réduite- De manière analogue, si une ligne seulement, par exemple la ligne 7, est En service, dans ce cas,
et pour la tension normale sur cette ligne, bien qu'il n'y ait pas d'effet d'opposition du fait de l'enroulement d'intensité 18, les contact 22 et 23 du relais associé à cette ligne sont maintenus ouverts sous l'effet de l'enroulement d'opposition de tension 20, ce qui augmente de la quantité 1-2 la valeur opérative efficace minimum du courant, lorsque le courant d'opposition est égal à zéro-
En conséquence, la succession des fermetures des appareils in- terrupteurs ou autres dans la ligne 8, à ses extrémités, naentrave pas la remise de cette ligne en service, ainsi que cela se produisait avec certains appareils de la technique antérieure, si les conditions d'intensité sont normales,
car leur seul effet est d'ajouter l'effet de 1'enroulement d'opposition d'intensité 18 au relais dont les contacts ont déjà été maintenus ouverts*
Mais si les sons relatifs des courants passant dans les deux li- gnes diffèrent en raison de l'inversion de la puissance dans une ligne, dans ce cas, les caractéristiques du relais peuvent prendre les formes représentées par les courbes en traits pointillés 0 et D sur la Fig.4, qui représentent respec- tivement les conditions avec la tension nulle et la tension normale de la ligne- @
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-Cela se produit comme résultat d'une variation des flux, car un flux dépendant des forces magnétomotrices d'attraction et d'opposition tend à circuler dans le circuit magnétique constitué par l'anaature 16, le noyau 25,
la culasse 27 et la noyau 26 Un flux dépendant de la différence entre les forces magnétomotrices circule dans la pièce intermédiaire 28, à travers l'intervalle ou entrefer de support ou de l'articulation vers l'armature*
Mais il convient d'observer qu'en général les caractéristiques C et D sont analogues aux caractéristiques A et B, particulièrement en ce qui con- cerne le changement dans la sensibilité du relais- Il convient d'observer aussi que la pente de la partie à pau près rectiligne des caractéristiques C et D est inférieure à celle des caractéristiques A et B En d'autres termes, le relais et plus sensible, c'est-à-dire qu'il fonctionne avec un rapport plus faible entre la courant d'attraction et le courant d'opposition.
Cette particularité permet une application plus vaste du relais à la protection équilibrée de lignes en parallèle parco que dans les cas où la puissance génératrice, à l'extrémité la plus voisine du défaut, est très faible, et où il ne se présente pas un déséquilibre suffisant pour fonctionner sur les caractéristiques A et B, il est possible d'obtenir une action sur des courants fournis par des condensateurs synchrones ou des moteurs d'induction-
En général, les caractéristiques, en cas de sens différents de passage du courant dans les deux lignes 7 et 8, peuvent être réglées en ajustant de manière appropriée, les Entrefers d'attraction et d'opposition, particulière- - mont par rapport à l'entrefer de l'articulation- Lorsque la réluctance de ce dernier diminue,
son effet sur la distribution des flux d'attraction et d'opposi- tion est réduit, et les caractéristiques A et C, et B et D deviennent d'autant plus voisines- S'il arrive que l'enroulement d'attraction 17 devienne prédomi- nant sur les enroulements d'opposition 18 et 20 et le ressort, l'effet de 1'en- roulement d'attraction est accru, tandis que l'effet des enroulements d'opposi- tion est réduit, parce que la réluctance du circuit magnétique de l'enroulement d'attraction est réduite, tandis que les réluctances des circuits magnétiques (les enroulements d'opposition sont accrues.
Concurremment avec le fait que le mouvement de l'armature est d'amplitude relativement petite et que l'armature possède une inertie relativement faible, cette particularité se traduit par une .¯.action de comnande à grande vitesse qui est telle qu'il est possible,. en combi-
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liaison avec des interrupteurs appropriés à grande vitesse, d'éviter des condi- tions de circuit instables, par une suppression rapide de toute partie acciden- tée du circuit-
Dans la Fig.3 on a représenté par un schéma monophasé, pour des raisons de simplicité, une réalisation de l'invention dans un circuit électrique comprenant des appareils à induction soumis à des appels de courant magnétisant, par exemple un transformateur de puissance 50;
les circuits dans lesquels sont mcntés ses enroulements, sont commandés par les disjoncteurs appropriés 9 et 10 sous l'effet de défauts d'isolement sur le tarnsformateur. On a représenté un système de protection à équilibrage de courant, qui fonctionne sous l'effet de la somme et de la différence antre les courants passant sur les deux côtés du transformateur, et qui est muni des perfectionnements objet de l'invention.
Ce système de protection comprend un circuit de protection 51 dans lequel sont montés des transformateurs d'intensité 52 et 53 reliés addi- tivernent pour le courant de circulation- En série avec le circuit de protection 51 est relié l'enroulement d'opposition d'intensité 18 d'un relais différentiel construit conformément à l'invention* L'enroulement opératif ou d'attraction 17 de ce relais est relié en dérivation sur les points équipotentiels 54 et 55 du circuit de protection 51, le point 55 étant un point intermédiaire de l'enroule- ment restrictif ls.
Pour empêcher tout fonctionnement superflu du relais, en cas de condition de circuit anormale, par exemple des surtensions pouvant résulter de la commutation du transformateur de puissance 50, on a prévu des moyens influen- cés par la tension du circuit pour réduire la sensibilité du relais 15- Dame représenté, ces moyens comprennent un relais 56 à ouverture temporisée et à fer- meture instantanée, influencé par la tension du circuit du transformateur de puis sance, par l'intermédiaire de moyens appropriés, tels qu'un transformateur de potentiel 57, pour commander l'alimentation ou l'excitation de l'enroulement d'opposition 20 du relais 15-
Ainsi, lorsque le relais 56 est désexcité, et aussi pendant une durée déterminée, après la mise sous tension du circuit du transformateur de puissance,
l'enroulement 20 assiste l'enroulement 18 pour réduire la sensibilité du relais 15- Tant que l'enroulement d'opposition 20 est excité , la sensibilité du relais demeure conforme à la caractéristique B de la Fig.4 A l'expiration de
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la durée prise par le relais 56 pour ouvrir ses contacts en circuit avec l'en- roulement 20, son effet est supprimé, et la sensibilité est par exemple confor- me à la caractéristique A de la Fig.4.
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"IMPROVEMENTS TO PROTECTIVE EQUIPMENT FOR ELECTRIC CIRCUITS.-"
The present invention is aimed at improvements to protection systems for electrical circuits, and more particularly to protection devices comprising relays sensitive to the ratio of the relative values of an electrical quantity of a circuit at two different points thereof.
The invention offers an improved protection apparatus whose sensitivity to the relative values of electrical quantities of a circuit is automatically varied as a function of circuit conditions, such as insulation faults, overvoltages due to switching, excit currents
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tation, etc - so as to ensure the maximum protection compatible with the continuity desired for the service -
The sensitivity of protective devices, for example overcurrent relays, is limited by the maximum safety load that must be supported, so that in periods of low load, when the generator power of the machines is low, a fault effective does not necessarily create sufficient current to operate the relays,
because they have a fixed setting which can be varied only by manual operation, But it is not always practical, due to the highly developed interconnections and the rapid load changes that modern installations present, to modify by hand relay settings,
On the other hand +, in the protection of devices and induction machines which are subjected to magnetizing inrush currents, these currents can be more intense than the desired fault current acting on the protection devices, so that special provisions become necessary to allow the connection of such devices. The invention provides protective devices which are more sensitive, under the actual fault conditions,
only under the maximum load conditions to which the line can be subjected *
On the other hand, in the case of circuits operating in parallel and in which current balancing must be maintained, it is often difficult to put a second line back into service, unless a determined switching setpoint is Continued, because with a line in srvipe, any attempt to put another line in service causes the temporary production of a very strong imbalance which causes the operation of the protection apparatus, although it There is no real fault. The invention, for this purpose, offers improved protection devices for an electric circuit comprising two lines in parallel,
arranged so as to ensure a selective action dependent on the relative values of the line currents and the line voltages, so that the operations of putting into service or switching the line can be carried out successfully, regardless of the order in Since the stability of a circuit becomes more important as the number of circuit interconnections increases, it is desirable, in order to maintain maximum continuity of service, to remove the part of the circuit.
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'' a circuit which presents a fault, as quickly as possible, in order to prevent for example the loss of the synchronous load. To this end,
the invention provides an improved protection apparatus which operates so quickly, in response to faults, that it more or less completely prevents any operating instability on the healthy parts of the line.
The new characteristics and the advantages of the invention will be better understood by reference to the following description and to the drawings which accompany it, given simply by way of example and without any limiting character, and in which:
Fig. 1 shows, in side elevation, a protective relay according to the invention.
Fig. 2 is a circuit diagram of compliant equipment. the invention, with balanced protection device for an electrical circuit comprising two lines in parallel '
Fig-3 is the circuit diagram of other equipment according to the invention, applied to a protection system for inductive apparatus, such as a transformer.
Finally, Fig. 4 is a diagram giving the characteristics of a protection relay according to the invention *
In the equipment of fig. 2 a part of a polyphase circuit comprises a main line 6 to which are connected in parallel lines 7 and 8, by means of suitable switching devices,
such as interlocking circuit breakers 9 and 10 respectively * Each of these circuit breakers is provided with a tripping winding 11 energized by a main control line 12, and also with auxiliary contacts 13 and 14 which are closed and opened at the same time. time for the circuit breaker * The circuit breakers shown are chosen simply by way of example and to facilitate understanding of the invention;
when you want to get a very fast circuit break, you can obviously use high-speed circuit breakers *
According to the invention, the circuit breakers 9 and 10 are selectively controlled as a function of a ratio of two magnitudes, by a set of relays 15, such that the minimum operating value of one of the magnitudes, suf - fisante to create a control action, is varied according to the other size of the circuit - This adjustment has the effect of modifying the sensitivity of the relay
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15, so as to ensure the maximum protection compatible with the continuity of service -
In the equipment shown by way of example in Fig. 2, the electrical quantity chosen is the intensity of the circuit, appearing in lines 7 and 8,
and more particularly that which appears in the corresponding phase conductors of these lines-
In order to control the sensitivity to circuit conditions, for example to insulation faults, a circuit voltage is used, in accordance with the invention, and preferably the voltage most affected by the fault.
Relay 15, a model of which is shown schematically in Fig. 2 for each line, is a relay with rotated electromagnetic armature! this model is taken only as an example and one can obviously use any other model of relay, in particular those which are of the type with dynamometer or with disc of induction.
In the example chosen, the relay 15 comprises a mobile part such as a magnetic armature 16, and control and adjustment members for this part; these comprise on the one hand the attraction and opposition windings 17 and 18 respectively connected so as to be supplied by the currents of the line with which the relay cooperates and of the other line, by means of appropriate means such as current transformers 19, and on the other hand a second opposing device comprising a winding 20 re-linked so as to be supplied as a function of the voltage of the associated line, by means of a suitable device, such as a potential transformer 21.
To control the trip coil circuits 11, and through them the circuit breakers 9 and 10, the relay is provided with cooperating contacts 22 and 23; the contact 23 being made in the form of a movable bridge with the armature 16. In order to maintain a good quality and close contact, without vibrations resulting from the high operating speed, it is also possible to use a winding of holding 24 which, as shown, is connected in series with the contacts 22 of the relay, so as to be supplied by the main control line 12, when the contacts close.
Referring to Fig. 2 and more particularly to Fig.l for the details of the relay, it can be seen that the magnetic structure of the windings
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attraction and opposition comprises, in addition to the frame 16, cores 25 and 26 mounted in a preferably adjustable manner, a magnetic yoke 27 on which the cores are lying, and an intermediate magnetic part 28 which is fixed on the yoke, and on which the armature is pivoted at 29.
In order to minimize variations in the operating values resulting from the phase angle, the cores of the current windings preferably include suitable means such as the short-circuited windings 30 * This cores damping prevents the opposing action from canceling out, and in this way eliminates any malfunction that may result from sudden pulses *
The magnetic circuit of the voltage sensitive opposing winding 20 comprises a core 31, which is preferably adjustably mounted on an upper magnetic yoke 32.
In order to prevent the leakage flux from adversely modifying the operating characteristics of the relays, the voltage sensitive winding 20 is arranged so that its magnetic circuit is approximately magnetically independent of voltage. the armature 16 For this purpose, the coil 20 may be enveloped almost completely by a magnetic material such as an iron case 33; with this box 33 and the core 31 cooperates the mobile part or the auxiliary frame 34 of the winding 20.
So that the opposing effect of the tension sensitive winding 20 can be effective on the frame 16, the auxiliary frame 34 can be mounted on this member. Further, to ensure that the relay normally operates silently, the auxiliary armature 34 is arranged to automatically put itself into t-alignment. For this purpose, it can be mounted freely on the main frame 16, so as to allow it a certain angular play!) This can be done in any suitable manner.
The arrangement shown for this purpose comprises a countersunk screw 35 having a shape different from that of the hole in the frame 34, through which the screw passes, in a rod 36, preferably non-magnetic, carried by the armature. The frame 16 So that the relative positions of the frames can be varied for different settings of the relay, the rod 36 can be placed in an adjustable manner relative to the frame 16, as shown in Fig.l.
In the embodiment of the invention shown in Fig-1, the retaining coil 24 is supported between the upper magnetic yoke 32 and
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a non-magnetic piece 37, which may be established or insulating material. The core 38 of the retaining coil may be adjustably mounted in the yoke 32, as shown In the arrangement shown, the holding effect of coil 24 on armature 16, is mainly due to the leakage flow *
To adjust the minimum operating point of the relay, when the opposing effects of voltage and current are approximately zero, appropriate adjustment means are provided, such as a spring 39 and a screw 40.
The spring 39 has the additional advantage of causing the relay contacts to open against the effect of any remanent magnetism of the magnetic circuit of the holding coil, when the line with which the relay cooperates is no longer. under pressure*
The assembly may be held in any suitable manner, the construction shown comprising, in addition to the previously described members, the non-magnetic parts 41 and 42 which may be constructed of insulating material, the screws 43 and 44.
and one or more bolts 45 provided with a. spacer 46 As shown, the fixed contacts 22, which are located one on each side of the core of the retaining coil 24, are mounted on a solid piece 47 of suitable insulating material, fixed to the piece 37-
Although Fig. 1 shows a side elevation of a single relay, according to the invention, it will be understood that two such relays can be mounted in a single box, when it is desired to protect two lines in parallel, from the shown in Fig. 2
If the connections of the attraction and opposition windings 17 and 18, to the respective lines, are such that the flows, in the cores 25 and 26, are directed in the same direction,
the two line intensities being themselves directed in the same direction, and that the magnetic circuits of the windings 17 and 18 are almost identical to each other, in this case, independent of the direction of flow of the current , as long as it is the same in both lines, the characteristic of relay 15 will remain roughly constant, except that it is affected by variations in the voltage. This results from the solid curves A and B of Fig. 4 which correspond respectively to the zero and normal line voltage.
From these characteristics A and B, it follows that the roughly rectilinear parts of these characteristics have approximately the same slope, but that the minimum operating value of current, capable of bringing
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The armature 16 in the contact control position is increased by the opposing tension effect. If there were no return means similar to the spring 39, the curve A would tend to pass through the armature. origin O; the spring requires, at zero voltage and zero opposition current, a minimum operating current
0-1
But at normal voltage and at zero opposition currents, the minimum attractive or operating current is increased by the quantity 1-2 or from then 0-1 to the value 0-2;
this increase in the minimum attractive current is gradually reduced until it reaches an approximately constant value in the region where curves A and B become approximately parallel.
Thus, for any determined opposition current in one of the parallel lines 7 and 8, the minimum value of the operating current in the other line, capable of bringing the amature to the closed circuit position, depends on the voltage of the other line and increases as a function of this voltage * As a consequence, as long as the normal line state is indicated by means of the normal voltage, the sensitivity of the relay is reduced- Similarly, if only one line , for example line 7, is In service, in this case,
and for the normal voltage on this line, although there is no opposing effect due to the current winding 18, the contacts 22 and 23 of the relay associated with this line are kept open under the effect of the voltage opposing winding 20, which increases by the amount 1-2 the minimum effective operating value of the current, when the opposing current is zero-
Consequently, the succession of closings of the switch or other devices in line 8, at its ends, does not hinder the putting of this line back into service, as happened with certain devices of the prior art, if the conditions of intensity are normal,
because their only effect is to add the effect of the opposing winding of intensity 18 to the relay whose contacts have already been kept open *
But if the relative sounds of the currents flowing in the two lines differ due to the inversion of the power in a line, in this case the characteristics of the relay can take the forms represented by the curves in dotted lines 0 and D in Fig. 4, which represent respectively the conditions with zero voltage and normal line voltage - @
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-This occurs as a result of a variation of the fluxes, because a flux depending on the magnetomotor forces of attraction and opposition tends to circulate in the magnetic circuit formed by the anature 16, the core 25,
the yoke 27 and the core 26 A flux depending on the difference between the magnetomotive forces circulates in the intermediate piece 28, through the gap or air gap of the support or the joint towards the armature *
But it should be observed that in general characteristics C and D are analogous to characteristics A and B, especially with regard to the change in the sensitivity of the relay. It should also be observed that the slope of the part pau near rectilinear characteristics C and D is lower than that of characteristics A and B In other words, the relay is more sensitive, that is, it operates with a lower ratio between the current d attraction and the current of opposition.
This feature allows a wider application of the relay to the balanced protection of parco parallel lines than in cases where the generator power, at the end closest to the fault, is very low, and where there is no imbalance. sufficient to operate on characteristics A and B, it is possible to obtain an action on currents supplied by synchronous capacitors or induction motors.
In general, the characteristics, in case of different directions of current flow in the two lines 7 and 8, can be adjusted by adjusting appropriately, the air gaps of attraction and opposition, particular- - mount with respect to the 'gap of the joint - When the reluctance of the latter decreases,
its effect on the distribution of the attraction and opposition fluxes is reduced, and the characteristics A and C, and B and D become all the more close. If it happens that the attraction winding 17 becomes predominating over the opposing windings 18 and 20 and the spring, the effect of the attraction winding is increased, while the effect of the opposing windings is reduced, because the reluctance of the magnetic circuit of the attraction winding is reduced, while the reluctances of the magnetic circuits (the opposing windings are increased.
Along with the fact that the movement of the armature is of relatively small amplitude and the armature has relatively low inertia, this feature results in a high speed control action which is such that it is. possible,. in combination
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connection with suitable high speed switches, to avoid unstable circuit condi- tions, by rapid removal of any damaged part of the circuit-
In FIG. 3 there is shown by a single-phase diagram, for reasons of simplicity, an embodiment of the invention in an electrical circuit comprising induction devices subjected to inrushes of magnetizing current, for example a power transformer 50;
the circuits in which its windings are installed are controlled by the appropriate circuit breakers 9 and 10 under the effect of insulation faults on the transformer. A current balancing protection system has been shown, which operates under the effect of the sum and of the difference between the currents flowing on the two sides of the transformer, and which is provided with the improvements which are the subject of the invention.
This protection system comprises a protection circuit 51 in which are mounted current transformers 52 and 53 connected additionally for the circulating current. In series with the protection circuit 51 is connected the opposition winding of current 18 of a differential relay constructed in accordance with the invention * The operating or attraction winding 17 of this relay is connected in shunt on the equipotential points 54 and 55 of the protection circuit 51, the point 55 being an intermediate point of the restrictive winding ls.
To prevent any unnecessary operation of the relay, in the event of an abnormal circuit condition, for example overvoltages which may result from the switching of the power transformer 50, means have been provided, influenced by the voltage of the circuit, to reduce the sensitivity of the relay. 15- Lady shown, these means comprise a relay 56 with delayed opening and instantaneous closing, influenced by the voltage of the power transformer circuit, by means of appropriate means, such as a potential transformer 57, to control the supply or the excitation of the opposing winding 20 of the relay 15-
Thus, when the relay 56 is de-energized, and also for a determined period of time, after switching on the power transformer circuit,
the winding 20 assists the winding 18 to reduce the sensitivity of the relay 15. As long as the opposing winding 20 is energized, the sensitivity of the relay remains in accordance with characteristic B of Fig. 4 At the expiration of
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the time taken by the relay 56 to open its contacts in circuit with the winding 20, its effect is eliminated, and the sensitivity is for example in accordance with characteristic A of FIG.