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Appareil pour déterminer les moyennes linéaires et quadratiques de variations relatives de tensions La présente invention est relative à un appareil pour l'étude des variations de tension dans les réseaux de transport et de distribution d'énergie électrique, variations dont la production en un point du réseau, et plus particulièrement à l'endroit de raccordement d'un usager, constituent un élément de trouble pour ce dernier.
On a utilisé jusqu'à présent pour l'étude de ces variations en fonction du temps soit des voltmètres enregistreurs fournissant une courbe continue des variations de la tension, soit un voltmètre inscripteur imprimant à intervalles de temps réguliers, sur une bande de papier, la valeur de la tension, soit encore des appareils fournissant pour de brèves périodes de temps la valeur moyenne de la tension et inscrivant cette valeur moyenne sur une bande de papier. Toutefois, ces appareils ne sont pas d'un usage commode en raison du temps considérable nécessaire pour dépouiller, interpréter et exploiter les résultats très complets qu'ils fournissent.
Il a déjà été proposé, pour l'étude de grandeurs variables, telles que les tensions ou les grandeurs physiques pouvant se traduire par une tension, telles que les températures et les pressions, de déterminer les valeurs moyennes linéaires et quadratiques pendant un intervalle de temps donné T des fluctuations, de la tension variable e (t) par rapport à une tension de référence fixe e,, ce qui permet d'obtenir la valeur moyenne des expressions e (t) - eo et [ e (t) - eo ]@ La présente invention a pour but d'obtenir directement les valeurs relatives de ces moyennes quadratiques et linéaires, c'est-à-dire les expressions
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ce qui permet d'évaluer directement les fluctuations de e (t) en pourcentage de eo.
L'appareil conforme à l'invention est caractérisé par le fait qu'il comprend un réducteur de tension, par exemple un autotransfor- mateur, auquel est appliquée une tension alternative variable, un redresseur alimenté par ce réducteur, et suivi d'un filtre, une source de tension continue stabilisée montée en opposition avec la tension redressée, et deux disposi-
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tifs intégrateurs, respectivement linéaire et quadratique, auxquels est appliquée la tension différentielle,
le coefficient de réduction du réducteur de tension et la valeur de la tension stabilisée étant choisis de telle façon que lorsque la valeur de la tension variable est égale à la tension de référence, ladite tension différen- tielle s'annule.
Dans ces conditions en effet, à une tension quelconque V appliquée à l'entrée du redresseur, correspond une tension continue V"=aV' appliquée à l'entrée du circuit auquel est appliquée en opposition la tension stabilisée VS. La tension u proportionnelle à la différence V" - VS est alors égale à b (aV - Vs). Si l'on appelle V, la tension appliquée à l'entrée du redresseur pour laquelle la tension différentielle continue est nulle à la sortie du circuit d'opposition, on a évidemment aV'" = V,s.
Il s'ensuit que, si pour une tension V, appliquée à l'entrée du transformateur, on recueille une tension V'n à sa sortie, toute tension V appliquée à l'entrée donnera lieu à la sortie à une tension V' égale à VV" V" de sorte que la tension continue u à la sortie du circuit d'opposition est égale à
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A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé deux formes de réalisation de l'appareil suivant l'invention.
La fi-. 1 est un schéma de l'intégrateur linéaire.
La fig. 2 est un schéma de l'intégrateur quadratique.
La fig. 3 est un schéma du dispositif d'alimentation de l'intégrateur quadratique.
La fig. 4 représente en perspective le montage de l'appareil sur un poteau. La fi-. 5 représente le schéma d'une deuxième forme de réalisation de l'appareil intégrateur.
Comme représenté en fig. 1, la tension dont les variations sont à étudier est appliquée entre les bornes 1, 2 alimentant, par l'intermédiaire d'un commutateur 3, les enroulements primaires 4, 4' d'un transformateur 5, le commutateur 3 permettant de mettre en circuit soit les deux primaires 4, 4', soit un seul d'entre eux, selon que la tension appliquée aux bornes est de l'ordre de 110 volts ou de 220 volts. Le secondaire du transformateur 5 fournit une tension de l'ordre de 50 volts qui est appliquée à un pont redresseur 6 suivi par une cellule de filtrage comprenant une self 7 et des condensateurs 8, 8' et alimentant des résistances 9, 9' servant à l'étalonnage de l'appareil.
La tension redressée et filtrée, prélevée sur les résistances 9, 9', est opposée à une tension de référence constante fournie par la batterie 10, et la différence des deux tensions ainsi obtenue alimente un compteur 11 dont la vitesse de rotation est proportionnelle à la tension appliquée, par exemple un compteur du type O.K., appelé ainsi par abréviation du nom de son inventeur, O'Keenan, et utilisé couramment pour mesurer les consommations de courant continu. La mise en circuit du compteur O.K. est commandée par un relais 12 monté dans le circuit d'un compteur horaire 13 dont le déclenchement est commandé par le commutateur 3.
De cette façon, le compteur O.K. fournit la valeur de l'intégrale
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correspondant à la durée de marche T du compteur horaire, ce qui permet de déduire aisément la valeur moyenne de la fluctuation
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La moyenne quadratique des fluctuations de tension est obtenue par le dispositif représenté en fig. 2 et qui comporte un intégrateur 14 constitué par un compteur wattheure mé-
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trique dont les deux enroulements (tension et intensité) sont alimentés par la tension étudiée, de sorte que ce compteur enregistre l'intégrale du carré de la tension. Toutefois, la consommation d'un tel compteur ne peut être rendue inférieure à 8 ou 10 voltampères, ce qui nécessite une amplification préalable.
Ainsi, la tension continue à intégrer, prélevée sur la borne 15 du compteur 11 de l'intégrateur linéaire, est transformée en tension variable, afin de pouvoir utiliser un amplificateur à courant alternatif, par un rupteur ou hacheur 16 fournis- sant une tension constituée par des impulsions carrées à 50 périodes, et dont l'enroulement est alimenté par une tension prise en amont du redresseur 6, aux bornes 17, 17'.
La tension ruptée est filtrée à l'aide d'un condensateur 18 jouant le rôle de condensateur d'accord à 50 périodes, et appliquée à un amplificateur constitué par un premier étage comprenant une pentode 19, un deuxième étage comprenant une pentode 20 dont la tension plaque est transmise par un transformateur de déphasage 21, à un troisième étage en push-pull 22, 22' alimentant, par l'intermédiaire d'un transformateur 23, jouant le rôle d'adaptateur d'impédance, le compteur wattheuremétrique 14. Les lampes amplificatrices sont toutes montées avec contre-réaction.
La haute tension continue d'alimentation de l'amplificateur, par exemple à 400 volts, est fournie par le dispositif représenté en fig. 3, dans lequel la tension du secteur alimente, par le transformateur 24, un amplificateur de puissance constitué par les trois lampes 25, 25' 25" après redressement en 26 et filtrage en 27. La stabilité de la tension d'alimentation est assurée par un dispositif du type stabilovolt 28 fournissant une tension fixe sur la cathode de la pentode 29 : toute variation de tension sur la grille de cette lampe entraine une variation en sens contraire de la tension plaque qui tend, par conséquent, à annuler la fluctuation.
Comme représenté en fig. 4, l'appareil se présente sous l'aspect d'un petit coffret en tôle 30, renfermant les organes de mesure et les protégeant contre les chocs et les intempéries.
Le voltmètre intégrateur peut ainsi être installé aussi bien à l'intérieur d'un poste ou chez un usager, qu'à l'extérieur sur le poteau 31 d'une ligne de distribution 32, par exemple. La tension à mesurer (tension simple ou composée d'un réseau à basse tension, tension au secondaire d'un transformateur de potentiel raccordé à un réseau à moyenne ou haute tension) est amenée au coffret par un ensemble de deux conducteurs 33, 33' convenablement isolés. La puissance nécessaire pour effectuer la mesure proprement dite est de l'ordre de 15 à 20 VA.
Une certaine puissance est en outre nécessaire pour alimenter certains circuits auxiliaires. Elle est de 60 à 80 VA.
Dans le cas où la mesure s'effectue par l'intermédiaire d'un transformateur de potentiel, il est donc en général nécessaire de disposer d'une source de basse tension pour alimenter indépendamment du circuit de mesure proprement dit les circuits auxiliaires.
Dans le cas d'une alimentation commune des circuits de mesure et des circuits auxiliaires, il faut veiller à ce que la chute de tension dans les conducteurs d'amenée soit négli- geable.
Dans la forme de réalisation représentée en fig. 5, le circuit de mesure comporte d'abord un circuit à l'aide duquel on peut fixer telle tension de référence V, que l'on veut : c'est le réducteur de tension 34, constitué, par exemple comme en fig. 1, par un autotransformateur.
La tension alternative obtenue à la sortie du réducteur 34, et qui est dans un rapport déterminé avec la tension à mesurer appliquée à l'entrée, est redressée en 35, puis filtrée en 36, de façon à obtenir une tension continue dont l'amplitude est encore proportionnelle à l'amplitude de la tension à mesurer.
Cette tension continue est appliquée en même temps qu'une tension continue stabilisée qui sert de tension de référence à un circuit d'opposition 37. Ce circuit fournit une tension continue égale à la différence des deux tensions qui lui sont appliquées.
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Cette tension différentielle est proportionnelle à l'écart relatif entre la tension V (t) à mesurer, appliquée à l'entrée de l'appareil, et une tension V,, fixée par la position du réducteur de tension.
En effet, la tension stabilisée VS étant donnée, il y a une certaine tension V% appliquée à l'entrée du redresseur pour laquelle la tension différentielle continue à la sortie du circuit d'opposition est nulle.
Tous les circuits de redressement et de filtrage étant linéaires, à une tension quelconque V' appliquée à l'entrée du redresseur, correspond une tension continue V" = aV' appliquée à l'entrée du circuit d'opposition. La tension u proportionnelle à la différence V" - VS est alors égale à b (aV' - Vs) et l'on a évidemment aV'o = VS.
Si l'on a fixé la position du réducteur de tension de telle sorte que si une tension V,, est appliquée à l'entrée de celui-ci, on recueille à la sortie une tension égale à V'", il s'ensuit que, pour toute tension V appliquée à l'entrée la tension V' à la sortie est égale à
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Dans ces conditions, la tension continue ii à la sortie du circuit d'opposition est égale à
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et l'on a u (t) = k1 v(t) avec k1 = bVs La tension continue u (t) ainsi obtenue, et qui est rigoureusement proportionnelle à l'écart relatif de la tension V (t)
par rapport à la tension de référence V,,, est appliquée à un organe intégrateur 38 tel qu'un compteur du type O.K.
On obtient ainsi l'intéerale
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à un coefficient fixe KI près.
L'intégrateur quadratique est alimenté par la même tension continue différentielle tt (t) prise à la sortie du circuit d'opposition 37. Toutefois, cette tension est appliquée d'abord à un appareil 39 comportant, par exemple, un redresseur tel qu'une diode à caractéristique non linéaire dont la courbure est utilisée pour obtenir le carré de la tension appliquée.
La tension continue proportionnelle à u1 (t) est alors amplifiée en 40 et envoyée sur un compteur 41, également du type O.K. qui en fait l'intégration comme dans le cas de l'intégrateur linéaire.
On obtient ainsi l'intégrale
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à un coefficient fixe k.# près.
Les grandeurs autres que les tensions alternatives : puissances, composantes symétriques de tension polyphasées, fréquence, vitesse de rotation, etc., peuvent en général être traduites en des tensions alternatives ou continues proportionnelles aux grandeurs mesurées.
Dans le cas où l'on a affaire à des tensions alternatives, la mesure ne présente aucune difficulté. Il se peut simplement que l'ordre de grandeur de la tension obtenue ne soit pas celle des tensions que l'on prévoit d'appliquer habituellement aux voltmètres intégrateurs.
On peut, dans ce cas, prévoir une amplification si les tensions sont trop faibles ou modifier la valeur de la tension V, d'opposition.
Si l'on a affaire à des tensions continues, il faut attaquer le circuit de mesure en aval du filtre et cela ne présente aucune difficulté particulière, des bornes d'entrée pouvant être prévues pour cette utilisation.
Il y aura peut-être lieu également de modifier la tension d'opposition V.,.
On voit ainsi que les voltmètres intégrateurs décrits peuvent, moyennant quelques modifications très simples, être utilisés pour l'intégration de n'importe quelle grandeur, sous réserve que celle-ci soit traduite en une tension alternative ou continue proportionnelle. Disons d'ailleurs que les appareils effectuant cette traduction existent pour la plupart.
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Apparatus for determining the linear and quadratic averages of relative variations in voltages The present invention relates to an apparatus for studying voltage variations in electrical energy transmission and distribution networks, variations of which the production at a point of the network, and more particularly at the connection point of a user, constitute an element of trouble for the latter.
Up to now, for the study of these variations as a function of time, we have used either recording voltmeters providing a continuous curve of the variations in voltage, or a writing voltmeter printing at regular time intervals, on a strip of paper, the voltage value, or even devices providing for short periods of time the average value of the voltage and writing this average value on a strip of paper. However, these devices are not of convenient use because of the considerable time required to analyze, interpret and exploit the very complete results which they provide.
It has already been proposed, for the study of variable quantities, such as the tensions or the physical quantities which can be translated by a tension, such as the temperatures and the pressures, to determine the linear and quadratic mean values during an interval of time given T fluctuations, of the variable voltage e (t) with respect to a fixed reference voltage e ,, which makes it possible to obtain the mean value of the expressions e (t) - eo and [e (t) - eo] @ The object of the present invention is to obtain directly the relative values of these quadratic and linear means, that is to say the expressions
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which makes it possible to directly evaluate the fluctuations of e (t) as a percentage of eo.
The apparatus according to the invention is characterized by the fact that it comprises a voltage reducer, for example an autotransformer, to which a variable alternating voltage is applied, a rectifier supplied by this reducer, and followed by a filter. , a stabilized DC voltage source mounted in opposition to the rectified voltage, and two devices
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integrating tives, linear and quadratic respectively, to which the differential voltage is applied,
the reduction coefficient of the voltage reducer and the value of the stabilized voltage being chosen such that when the value of the variable voltage is equal to the reference voltage, said differential voltage is canceled out.
Under these conditions in fact, to any voltage V applied to the input of the rectifier, corresponds a direct voltage V "= aV 'applied to the input of the circuit to which the stabilized voltage VS is applied in opposition. The voltage u proportional to the difference V "- VS is then equal to b (aV - Vs). If we call V, the voltage applied to the input of the rectifier for which the DC differential voltage is zero at the output of the opposition circuit, we obviously have aV '"= V, s.
It follows that, if for a voltage V, applied to the input of the transformer, a voltage V'n is collected at its output, any voltage V applied to the input will give rise to the output at a voltage V 'equal to VV "V" so that the direct voltage u at the output of the opposition circuit is equal to
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By way of example, two embodiments of the apparatus according to the invention have been described below and shown in the accompanying drawing.
The fi-. 1 is a diagram of the linear integrator.
Fig. 2 is a diagram of the quadratic integrator.
Fig. 3 is a diagram of the power supply device of the quadratic integrator.
Fig. 4 shows in perspective the mounting of the device on a pole. The fi-. 5 represents the diagram of a second embodiment of the integrating apparatus.
As shown in fig. 1, the voltage whose variations are to be studied is applied between the terminals 1, 2 supplying, via a switch 3, the primary windings 4, 4 'of a transformer 5, the switch 3 making it possible to switch on circuit either the two primaries 4, 4 ', or only one of them, depending on whether the voltage applied to the terminals is of the order of 110 volts or 220 volts. The secondary of transformer 5 supplies a voltage of the order of 50 volts which is applied to a rectifier bridge 6 followed by a filtering cell comprising an inductor 7 and capacitors 8, 8 'and supplying resistors 9, 9' serving to instrument calibration.
The rectified and filtered voltage, taken from the resistors 9, 9 ', is opposed to a constant reference voltage supplied by the battery 10, and the difference of the two voltages thus obtained feeds a counter 11 whose speed of rotation is proportional to the applied voltage, for example an OK type meter, thus called by abbreviation of the name of its inventor, O'Keenan, and commonly used to measure direct current consumption. The switching on of the counter O.K. is controlled by a relay 12 mounted in the circuit of an hour counter 13, the triggering of which is controlled by the switch 3.
In this way, the counter O.K. provides the value of the integral
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corresponding to the running time T of the hour meter, which makes it possible to easily deduce the average value of the fluctuation
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The root mean square of the voltage fluctuations is obtained by the device shown in fig. 2 and which comprises an integrator 14 consisting of a watt-hour meter
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trique whose two windings (voltage and current) are supplied by the voltage studied, so that this meter records the integral of the square of the voltage. However, the consumption of such a meter cannot be made less than 8 or 10 volt-amperes, which requires prior amplification.
Thus, the direct voltage to be integrated, taken from terminal 15 of counter 11 of the linear integrator, is transformed into a variable voltage, in order to be able to use an alternating current amplifier, by a breaker or chopper 16 supplying a voltage consisting of by square pulses at 50 periods, and the winding of which is supplied by a voltage taken upstream from rectifier 6, at terminals 17, 17 '.
The broken voltage is filtered using a capacitor 18 acting as a 50-period tuning capacitor, and applied to an amplifier consisting of a first stage comprising a pentode 19, a second stage comprising a pentode 20 whose plate voltage is transmitted by a phase-shifting transformer 21, to a third push-pull stage 22, 22 ′ supplying, via a transformer 23, acting as an impedance adapter, the watt-hour meter 14. The amplifier tubes are all mounted with feedback.
The high DC supply voltage of the amplifier, for example at 400 volts, is supplied by the device shown in FIG. 3, in which the mains voltage supplies, via transformer 24, a power amplifier formed by the three lamps 25, 25 '25 "after rectification at 26 and filtering at 27. The stability of the supply voltage is ensured by a device of the stabilovolt type 28 providing a fixed voltage on the cathode of the pentode 29: any voltage variation on the gate of this lamp causes a variation in the opposite direction of the plate voltage which consequently tends to cancel the fluctuation.
As shown in fig. 4, the apparatus takes the form of a small sheet metal box 30, enclosing the measuring members and protecting them against impact and bad weather.
The integrating voltmeter can thus be installed both inside a station or at a user's home, and outside on the post 31 of a distribution line 32, for example. The voltage to be measured (line or line voltage of a low voltage network, voltage at the secondary of a potential transformer connected to a medium or high voltage network) is brought to the box by a set of two conductors 33, 33 ' suitably insulated. The power required to perform the actual measurement is of the order of 15 to 20 VA.
A certain power is also necessary to supply certain auxiliary circuits. It is 60 to 80 VA.
In the case where the measurement is carried out via a potential transformer, it is therefore generally necessary to have a low-voltage source to supply the auxiliary circuits independently of the measurement circuit proper.
In the case of a common supply of the measuring circuits and the auxiliary circuits, it must be ensured that the voltage drop in the supply conductors is negligible.
In the embodiment shown in FIG. 5, the measuring circuit firstly comprises a circuit with the aid of which one can fix such reference voltage V, which one wishes: it is the voltage reducer 34, constituted, for example as in FIG. 1, by an autotransformer.
The alternating voltage obtained at the output of the reducer 34, and which is in a determined ratio with the voltage to be measured applied to the input, is rectified at 35, then filtered at 36, so as to obtain a direct voltage whose amplitude is still proportional to the amplitude of the voltage to be measured.
This DC voltage is applied at the same time as a stabilized DC voltage which serves as a reference voltage for an opposition circuit 37. This circuit supplies a DC voltage equal to the difference of the two voltages which are applied to it.
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This differential voltage is proportional to the relative difference between the voltage V (t) to be measured, applied to the input of the device, and a voltage V ,, fixed by the position of the voltage reducer.
Indeed, the stabilized voltage VS being given, there is a certain voltage V% applied to the input of the rectifier for which the continuous differential voltage at the output of the opposition circuit is zero.
All the rectifying and filtering circuits being linear, to any voltage V 'applied to the input of the rectifier, corresponds a direct voltage V "= aV' applied to the input of the opposition circuit. The voltage u proportional to the difference V "- VS is then equal to b (aV '- Vs) and we obviously have aV'o = VS.
If the position of the voltage reducer has been fixed so that if a voltage V ,, is applied to the input thereof, a voltage equal to V '"is collected at the output, it follows that, for any voltage V applied to the input, the voltage V 'at the output is equal to
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Under these conditions, the direct voltage ii at the output of the opposition circuit is equal to
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and we have u (t) = k1 v (t) with k1 = bVs The continuous voltage u (t) thus obtained, and which is strictly proportional to the relative deviation of the voltage V (t)
relative to the reference voltage V ,,, is applied to an integrator 38 such as a counter of the O.K. type.
We thus obtain the internal
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up to a fixed coefficient KI.
The quadratic integrator is supplied by the same differential direct voltage tt (t) taken at the output of the opposition circuit 37. However, this voltage is first applied to an apparatus 39 comprising, for example, a rectifier such as a diode with a non-linear characteristic whose curvature is used to obtain the square of the applied voltage.
The DC voltage proportional to u1 (t) is then amplified at 40 and sent to a counter 41, also of the O.K. type which integrates it as in the case of the linear integrator.
We thus obtain the integral
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to a fixed coefficient k. # near.
The quantities other than the alternating voltages: powers, polyphase symmetrical voltage components, frequency, speed of rotation, etc., can in general be translated into alternating or direct voltages proportional to the measured quantities.
In the case where we are dealing with alternating voltages, the measurement presents no difficulty. It may simply be that the order of magnitude of the voltage obtained is not that of the voltages that are usually expected to be applied to integrating voltmeters.
In this case, it is possible to provide amplification if the voltages are too low or to modify the value of the opposition voltage V.
If we are dealing with direct voltages, it is necessary to attack the measurement circuit downstream of the filter and this does not present any particular difficulty, input terminals being able to be provided for this use.
It may also be necessary to modify the opposition voltage V.,.
It can thus be seen that the integrating voltmeters described can, with a few very simple modifications, be used for the integration of any quantity, provided that the latter is translated into a proportional AC or DC voltage. Let us say moreover that the devices carrying out this translation exist for the most part.
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