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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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