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La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à empêcher l'auto-excitation de machines synchrones capacitivement chargées, en employant des relais.
Afin de pouvoir exposer les conditions existant dans le cas d'une machine synchrone capacitivement chargée, on expliquera d'abord la notion de réactance synchrone en se référant à la Figure
1. Sur la dite figure, la roue polaire est désignée par la référencé 1, un enroulement de phase du stator par la référence 2, l'axe lon- gitudinal du rotor par la référence d, son axe transversal par c, et l'angle entre l'axe de l'enroulement et l'axe longitudinal du rotor par #. Si la phase 2 du stator est excitée par un courant alternatif, il est facile de déterminer les réactances correspondant @ à différentes positions de la roue polaire.
Le trace de la courbe de cette réactance est représenté à la Figure 2 en fonction de l'an-
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gle # on constate que, pour # = o intervient la valer xd Ce- ci est explicable, la perméance étant maximum quand l'axe longitu- dinal d coincide avec l'axe de l'enroulement. La perméance minimum et par conséquent la réactance minimum xq interviennent pour # = 90 . Pour des machines avec pôles saillants, il est admis comme va- leur de référence que xq est égal à 0,6 xd environ et, pour des ma- chines à pôles pleins que xq est égal à 0,9 xd environ (cf. courbes 3 et 4 de la Figure 2). Si maintenant une machine synchrone fonc- tionne sur un réseau de câbles ou sur un long conducteur en marche à vide, la charge capacitive est importante.
Pour obtenir une ten- sion constante, est alors nécessaire de diminuer l'excitation par rapport à l'excitation en marche à vide. Tant que la réactance de charge capacitive xc est plus grande'que la réactance longitudi- nale xd de la,machine synchrone, c'est-à-dire par exemple qu'elle est égale à xc1 (Figure 2), un fonctionnement stable est possible en cas d'excitation positive. Pour xc2$ =xd' l'excitation est égale à 0, et elle est négative pour des valeurs encore plus petites de xc' c;est-à-dire pour des valeurs comprises entre xd et xq (par exemple xc3). Dans ce cas aussi il est encore possible, à l'aide de dispositifs additionnels du graduateur de tension normal, de main- tenir un fonctionnement stable.
Toutefois, des que xc atteint sen- siblement la valeur de xq' la tension est instable et il se produit une auto-excitation qui provoque une dangereuse élévation de la ten- sion. Pour l'éviter, la machine peut être séparée du réseau d'une manière connue, à l'ande de relais de/surtension et il peut se pro- duire une désexcitation accélérée. L'inconvénient consiste alors en ce que la tension croit jusqu'à la valeur pour laquelle fonctionne le relais et que la coupure est relativement difficile par suite de l'élévation de la tension. Il a déjà été proposé, de plus, de mesu- rer la puissance réactive capacitive développée et de couper la char- ge en cas de dépassement de la valeur-limite admissible de cette puissance. Toutefois, avec la dite méthode l'auto-excitation ne peut pas être évitée en toute certitude.
En etfet, si la fréquence croît
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par suite d'une chute de la charge par exemple, les réactances syn- chrones xd et xq de la génératrice croissent également. Mais de ce fait croît aussi la valeur admissible de xc de sorte que la puis- sance réactive admissible à tension constante décroît. En consé- quence, l'auto-excitation peut déjà intervenir avant.que soit at- teinte la valeur-limite fixée de la puissance réactive développée.
Les défauts de ce qui est connu peuvent être évités en prévoyant, conformément à l'invention, des transformateurs d'in- tensité et de tension qui excitent un relais de telle manière que la position de fonctionnement de celui-ci est déterminée par la valeur du rapport entre la réactance capacitive de la charge et la réactance inductive des machines, le relais déclenchant alors des opérations de connexion quand la velative des réactances devient inférieure à un montant déterminé d'avance. L'avantage de l'invention consiste en ce que le dispositif fonctionne également sans défaut en cas de fréquence et de tension modifiées, et qu'il ne peut pas se produire de dangereuses élévations de tersion.
Il existe en outre la possibilité de continuer à alimenter sans inter- ruption des consommateurs qui ne contribuent pas à l'auto-excita- tion puisqu'il ne se produit pas de désexcitation de la machine.
Tandis que les'Figures 1 et 2 correspondent à l'état de la technique, les Figures 3 à 5 se rapportent à des exemples de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 3 représente sché- ' matiquement un dispositif de réactance destiné à empêcher l'auto- excitation d'une machine synchrone, la Figure 4 reproduit un dia- gramme de vecteurs et la Figure 5 représente un autre dispositif de protection contre l'auto-excitation.
D'après la Figure 3 l'enroulement primaire d'un trans- formateur de tension 6 est appliqué aux phases R et S d'une machine synchrone 2 et l'enroulement primaire d'un autre transformateur de tension 6' aux phases S'et T de cette machine. Les enroulements secondaires de ces deux transformateurs sont montés en série et alimentent par l'intermédiaire d'une résistance .1 la bobine de ten-
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sion 8 d'un relais watt-métrique 9. A l'enroulement secondaire du transformateur de tension 6 est, en outre, raccordée une bobine de self 10, et, en série avec celle-ci, l'enroulement primaire 11 d'un transformateur intermédiaire d'intensité 12, qui présente un second enroulement primaire 13 lequel est excité par un transformateur d'intensité 14 placé dans la phase S.
L'enroulement secondaire 15 du transformateur intermédiaire d'intensité 12 est relié à la bo- bine d'intensité 16 du relais . Ce relais présente un contact va- cam; .:il et un contact de commande 18 qui est disposé dans le cir- cuit de'la bobine de commande 19 de l'interrupteur 20.
La Figure 4 sert à expliquer lé mode d'action du disposi- tif selon l'invention, Sur celle-ci, les tensions décalées en phase de 1200 l'une par rapport à l'autre @ont désignées par les références UR, US et UT' les références UL1,UL2 et UL3 représentent les ten- sions entre phases reliées. Ainsi qu'il ressort de la Figure 3, la tension secondaire du transformateur 6 correspond à la tension en- tre phases UL1' et le courant ILdoit suivere cette tension avec un retard de phase de 90 la charge étaiit praTiquement inductive.
On se rend compte eu outre de ce qu'en cas de charge capacitive de la machine synchrone, le courant IC doit présenter un décalage de pha- se de 90 , dans le sens d'une avance de phase, par rapport à la tension US' Il résulte en outre des angles reportés à la Figure 4 que IC est dirigé parallèlement à UL3 Compte tenu du rapport d'am- pères-tours valable pour le transformateur intermédiaire de courant 12, le courant IZ apparaît comme la somme géométrique des courants ILet IC. Si l'on considere en simplifiant les conditions de couple de rotation du relais par rapport à la tension UL3 et au courant IZ' il en résulte, sur la base de la loi de .L'énergie, que la composan- te active I''z ne peut pas développer de couple. Pour cela, seule la composante active I'Z est déterminante.
Or, tant que I'Z est en opposition de phase par rapport à UL3' c'est-à-dire tant que IC est plus petit que IL.cos 50 , le relais ± reste connecté sur le con- tact vacant. Mais des que I'Z possède la même position de phase que
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UL3 le relais se ferme sur le contact 18, de sorte que l'inter- rupteur 20 est déclenché et que la charge capacitive est coupée.
Au lieu de cette coupure, on pourrait aussi empëcher l'auto-exci- @ réactance tation par adjonction de bobines de/compensatrices. Il résulte de ce qui précède que le relais fonctionne uniquement s'il existe un rapport bien déterminé entre les courants IC et LL Comme lC dépend de la réactance capacitive x,et IL de la réactance inductive XL' les opérations de connexion provoquées par le relais sont détermi- nees nettement par le rapport entre x et XL, XL reflète dans une certaine mesure les réactances de la machine synchrone et de ce fait le dispositif conforme à l'invention'fonctionne irréprochable- ment aussi en cas de fréquence et de tension modifiées.
Enfin, par un cnoix approprié de la grandeur de xL' la possibilité est donnée d'adapter les valeurs relatives des réactances aux exigences du moment.
La Figure 5 represente trois macnines synchrones montées en parallèle 5, ± et 5'' qui sont protégées contre une auto-exci- tation par le dispositif selon l'invention qui n'est cependant re- présenté qu'en partie. Les mêmes parties sont pourvues à la Figure 5 des mêmes références qu'a la Figure 3. Comme la réactance capa- citive admissible Diminue en cas de montage de plusieurs machines en parallèle, il faut que la valeur pour laquelle le relais fonc- tionne soit automatiquement adaptée aux conditions de marche. Ceci a lieu à l'aide des contacts 21, 21'et 21'' qui connectent ou cou- pent les bobines de réactance correspondantes 10, 10' et 10".
Dans le cas où, en amont du transformateur d'intensité 14 sont encore placés d'autres transformateurs, ceux-ci peuvent être constitués de manière analogue.
En cas de charge capacitive les machines synchrones ne sont pas normalement saturées. Si cependant leur tension est supé- rieure à la valeur nominale, il pourrait devenir nécessaire dans certaines circonstances de tenir compte aussi de la saturation. Un y parvient facilement en calcuiant les bobines figura-cives d'une maniere appropriée. La figuraTion est effectuee par exemple par deux
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bobines de réactance montées en série, l'une étant non saturée et correspondant à la réactance de dispersion de la machine, tanàis que l'autre présente une caractéristique de saturation. Par un é- quilibrage approprié, les conditions existant dans le cas de la va- leur de fonctionnement voulue peuvent être correctement déterminées.
R E S U M.E.
Dispositif destiné à empêcher l'auto-excitation de ma- chines synchrones capacitivement chargées en employant des relais, dispositif caractérisé par les pointa suivants, séparément ou en combinaisons 1. Il est prévu des transformateurs d'intensité et de ten- sion qui excitent un relais de telle manière que la position de con- nexion de celui-ci est déterminée par le rapport entre la réactan- ce capacitive de la charge et la réactance inductive des machines, le relais déclenchant alors des opérations de connexion quand le rapport des réactances tombe 'au-dessous¯ d'un. montant déterminé d'a- vance.
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