Brevet FR2008007A1 — publié le 19700116

L'invention concerne une disposition de surveillance d'un enroulement d'excitation de machine électrique, en particulier de turbo-alternateur, en cas de court-circuit à la terre et/ou entre spires, qui utilise un pont de mesure comportant deux branches parallèles et une bande neutre avec un appareil de mesure, connectée à des points de partage appropriés des premières branches. Le dit enroulement d'excitation consiste, en un enroulement à courant continu entratné en rotation, alimenté par des bagues collectrices ou par des redresseurs entratnés en rotation. Pour la surveillance des courts-circuits à la terre de tels enroulements, diverses dispositions sont connues. La plus utilisée consiste dans l'insertion d'une tension alternative entre l'enroulement isolé et le fer, cette tension déclenchant, lorsque la résistance d'isolement descend en-dessous d'une valeur déterminée, un relais qui signale cet état. On connait aussi des montages pour la surveillance des courts-circuits entre spires et/ou à la terre. Dans un cas, ils supposent cependant l'existence d'un court-circuit à la terre, pour déceler au moyen d'un montage en pont une modification du potentiel à l'endroit du court-circuit, et ils ne sont donc pas utilisables d'une manière générale, mais seulement pour des enroulements d'excitation ou inducteurs déjà défectueux. On n'a jusqu'ici utilisé cette possibilité pour des inducteurs sains, c'est à dire sans défauts, quavec deux inducteurs ou enroulements d'excitation égaux entre eux : cependant, cela suppose aussi des courants et des tensions d'excitation égaux, comte il ne s'en présente généralement que dans les groupes à turbines Ljungstrem. On sait aussi utiliser la diversité de courants et tensions d'harmoniques élevées qui naissent par suite des courts-circuits entre spires, dans des voies parallèles du circuit d'induit, pour signaler les courts-circuits doubles à la terre ou entre spires. Ci procédé est toutefois seulement utilisable lorsqu'il y a dans le circuit d'induit des voies parallèles remplissant des conditions spéciales. En outre, on ne peut éviter les erreurs de signalisation qu'au prix des grandes dépenses en technique d'appareillage. Un autre procédé repose sur la surveillance de la demande d'excitation (ampè- res-tours d'excitation), cette valeur étant exprimée, pour un nombre de tours donné, par le courant d'excitation et étant comparée à la valeur de consigne définie par le calcul ou la mesure. Ce procédé est relativement grossier, parce qu'il doit titre basé sur des réseaux de caractéristiques difficiles à simuler par suite des relations non linéaires entre la demande d'excitation et la puissance aux bornes. L'invention se propose de réaliser un dispositif sur, simple et efficace, de surveillance des courts-circuits à la terre et/ou entre spires d'un enroulement d'excitation. L'invention consiste en ce que, dans la disposition rappelée au début, l'enroulement d'excitation est divisé par un point de partage en deux enroulements partiels et forme lui-mEme une branche (interne) du pont tandis que l'autre branche (extérieure) est formée par deux résistances statiques en série, en ce que le point de partage de l'enroulement d'excitation et celui de la branche extérieure sont connectés à la branche neutre, respectivement par l'intermédiaire d'une bague collectrice auxiliaire et directement, et en ce que le point de partage de la branche extérieure peut entre reliée à l'arbre de la machine par l'intermédiaire d'une résistance de protection et d'un interrupteur. Indépendamment de la grandeur du courant d'excitation et de la température de l'enroule- ment ce montage en pont permet de surveiller un rapport entre résistances prédéfini et de signaler aussittt par l'appareil de mesure placé dans la branche de mesure (branche neutre) toute modification de ce rapport produite par des points neutres additionnels (courts-circuits à la terre) ou par une modification d'une des deux résistances partielles de l'enroulement d'excitation (courts-circuits entre spires). Une autre solution du problème posé consiste en ce que, dans la disposition rappelée au début, l'enroulement d'excitation est divisé par un point de partage en deux enroulements partiels et forme lui-meme une branche (interne) du pont, tandis que l'autre branche (extérieure) est formée par deux résistances statiques en série, en ce que, pour constituer la branche neutre, on relie directement à l'arbre, par l'intermédiaire d'une résistance de protection et d'un interrupteur à force centrifuge, le point de partage de la branche interne, tandis que l'on relie à l'arbre le point de partage de la branche extérieure du pont par l'intermédiaire de l'appareil de mesure, avec une résistance série et un balai sur l'arbre.Ce mode de réalisation a essentiellement les avantages du premier aode de réalisation donné, et il présente l'avantage supplémentaire de ne pas nécessiter de bague collectrice auxiliaire. En fonctionnement, c'est à dire lorsque l'arbre tourne, l'interrupteur à force centrifuge est irme, c'est à dire que le point de partage de l'enroulement d'excitation se trouve à la terre. A l'arrEt, une recherche des défauts de l'inducteur serait gênée par le raccordement à la terre, mais l'interrupteur à force centrifuge est alors ouvert, de sorte que le point de partage cité ne se trouve plus à la terre ; ainsi, la recherche des défauts peut entre effectuée également sur l'inducteur au repos sans difficulté. Avec ces deux modes de réalisation, il est possible de détecter et signaler d'une part des courts-circuits entre spires avec ou sans contact à la terre et d'autre part des courts-circuits à la terre. Ne sont pas détectéales courtscircuit s entre spires qui ne modifient par le rapport des résistances du pont équilibré, c'est à dire qui apparaissent deux à deux avec la me grandeur dans les deux enroulements partiels ou résistances partielles ; n'est pas non plus détecté le court-circuit entre spires qui a ses points de contact symétriques par rapport au point de partage des deux enroulements partiels de l'enroulement d'excitation. Mais la probabilité d'apparition de tels courts-circuits entre spires est extraordinairement faible. Dans ces deux dispositions, la réponse de l'appareil de signalisation lors de courts-circuits à la terre au point de partage de l'enroulement d'excitation ou à proximité immédiate de ce point n'est pas store. Pour arriver à détecter aussi de manière stre de tels courts-circuits à la terre, on peut superposer à la disposition suivant l'un des deux modes de rEalisation donnés, un dispositif supplémentaire connu en lui-meme pour la surveillance des courts-circuits à la terre ; ce dispositif se compose d'une source de courant alternatif, d'un condensateur et d'un relais de signalisation en série. I1 n'en résulte pas d'influence néfaste sur le fonctionnement du pont de mesure. On va décrire à l'aide des deux figures schématiques ci-jointes deux exemples de mise en oeuvre de l'invention. Dans l'exemple de la Fig. 1, un enroulement d'excitation 10 d'un turbo-alternateur dont l'arbre est représenté en 11, est alimenté, par l'intermLdiaire de deux bagues collectrices 12 et 13, par une source de courant continu 14. L'enroulement d'excitation 10 est divisé par le point de partage 15 en deux enroulements partiels ou résistances partielles Rîl et R12. En parallèle avec l'enroulement 10, c'est à dire avec les deux résitances partielles Rîl et R12, on a monté, par l'intermédiaire des bagues collectrices 12 et 13, deux résistances statiques R21 et R22 en série entre elles, avec point de partage 16.Les résittances partielles Roll, R12 (enroulement d'excitation 10) forment la branche interne (10) et les résistances R21 et R22 la branche externe 17 d'un montage en pont 18, dont la branche neutre 19 est connectée aux deux points de partage 15 et 16, le point 15 étant rendu accessible par une bague collectrice auxiliaire 20. Dans la bran che neutre 19 on dispose un appareil de mesure 21. Les résistances Roll, R12 de la branche 10 et R21, R22 de la branche 17 sont équilibrées de manière à réaliser approximativement la relation : Rîl : R12 = R21 : R22 et à ne pas avoir de répon se de l'appareil de mesure 21.Le point 16 peut ventre relié à l'arbre 11, par l'intermédiaire d'une résistance de protection 22, d'un interrupteur 23 et d'un balai de mise à la terre 24. I1 faut considérer successivement les deux positions possibles de l'interrupteur 23. 1 - L'interrupteur 23 est ouvert. L'appareil de mesure 21 placé dans la branche neutre permet de détecter les modifications du rapport de résistances Rîl : R12, c'est à dire que le montage répond aux courts-circuits entre spires, qu'il y ait ou non contact avec la ter re. Le montage ne répond cependant pas à un simple court-circuit à ia terre, c'est à dire sans court-circuit entre spires.Il en est de- méme des courts-cir- cuits entre spires qui ne modifient pas le rapport de résistances Rll : R12 > par exemple des courts-circuits entre spires qui se présentent par paires avec la même valeur sur Rîl et R12, ou d'un seul court-circuit entre spires qui a ses points de contact avec Rîl et R12 symétriques par rapport au point de partage 15. Mais l'apparition de tels courts-circuits entre spires est extrêmement peu probable. 2 - L'interrupteur 23 est fermé. Par la fermeture de l'-interrupteur 23, le point de partage 16 est relié, par la résistance de protection 22 et le balai de mise à la terre 24, à l'arbre 11 et par suite à la terre. Avec ce montage, il est possible de détecter, d'une part, corne précédemment, les courts-circuits entre spires, et, d'autre part, également les courts-circuits à la terre. Un tel court-circuit a été figuré au point 25 sur la résistance Roll, par la flèche en trait interrompu 26. Dans le cas d'un tel court-circuit simple à la terre en 25, le potentiel du point 25 vient, par l'arbre 11, l'interrupteur 23 et la résistance de protection 22, au point partage de la branche extérieure 17 du pont, tandis qu'au point de partage 15 de la branche interne 10 du pont se trouve le potentiel imposé par le rapport de résistances Rîl : R12.La branche neutre 19 se trouve ainsi soumise a une tension non nulle et l'appareil de mesure 21 réagit. Ce montage répond aussi, lorsque l'interrupteur 23 est fermé, à tout dérangement de l'enroulement d'excitation, qu'il s'agisse d'un dérangement sans mise b la terre c'est à dire d'un court-circuit entre spires ou qu'il s'agisse d'un dérangement avec mise à la terre, c'est à dire d'un court-circuit à la terre simple ou multiple,bou oud'un court-circuit entre spires avec mise à la terre. On ne peut cependant pas, avec l'interrupteur 23 fermé, distinguer s'il s'agit d'un détangement sans mise à la terre ou d'un dérangement avec mise à la terre. Cette distinction est rendue possible par l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur 23.Lors de l'apparition d'un court-circuit à la terre en 25, le pont 18, équilibré avant le court-circuit, est -l'interrupteur 23 étant fermé- déréglé et l'appareil de mesure 21 réagit Si maintenant, l'interrupteur 23 est ouvert, le potentiel du point de partage 15 est amené au potentiel du point 25 et l'Fquili- bre du pont se trouve rétabli ; l'indication de l'appareil 21 redevient nulle. On sait ainsi qu'il s'agit d'un court-circuit à la terre, d'une manière générale d'un dérangement avec mise à la terre, car, dans le cas d'un pur court-circuit entre spires sans mise à la terre, il n'est pas possible de rétablir l'équilibre du pont en ouvrant l'interrupteur 23. Ainsi, on se trouve en état de distinguer au moyen de ce montage entre un court-circuit entre spires sans mise à la terre et un dérangement avec mise à la terre. Malheureusement, la réponse n'est pas sûre pour de simples courts-circuits à la terre à proximité immédiate du point de partage 15. Suivant l'exemple de la. Fig. 2 > l'enroulement d'excitation 10 est de wxe sur veillé au moyen d'un montage en pont 18, mais on a renoncé à la bague collectrice auxiliaire. L'équilibre du pont est toujours obtenu pour la relation : Rîl : R12 = R21 : R22. Le point de partage 15 est relié à l'arbre 11, par l'intermédiaire d'une résistance de protection 27 et d'un interrupteur à force centrifuge 28. Le potentiel de ce point 15 peut titre prélevé sur l'arbre 11 en 24 et amené à l'appareil de mesure 21 par une résistance en série 29. L'autre point de connexion de l'appareil de mesure 21 est relié au point 16. On peut considérer les états de fonctionnement suivants. 1 - Courts-circuits entre spires La disposition réagit de la meme manière et avec les memes limitations que la disposition de la Fig. 1, aux courts-circuits avec et sans mise à la terre, si, pendant la rotation de la machine, l'interrupteur 28 est fermé. 2 - Courts-circuits à la terre et courts-circuits entre spires avec mise à la terre. La disposition réagit de la meme manière que celle de la Fig. 1 également aux simples courts-circuits à la terre. S'il apparat un court-circuit en 30 (voir la flèche 31), le potentiel de la prise 24 sur l'arbre 11 est amené désormais, non plus au point 15, mais au point de court-circuit 30, tandis que le potentiel au point 16 demeure inchangé. La tension ainsi appliquée à l'appareilde mesure correspond à la différence de potentiel entre 15 et 30, puisque, avec des rapports de résistances équilibrés, la différence de potentiel entre 15 et 16 est voisine de zéro. Pour distinguer entre des défauts avec ou sans mise à la terre, il est nécessaire de réduire la vitesse jusqu a ce que l'interrupteur 28 s'ouvre. Bprès relevage du balai de mesure 24, l'enroulement d'excitation 10 doit se trouver sans court-circuit à la terre s'il n'y a pas de défaut avec mise à la terre, ce dont on peut s'assurer, d'une maniere connue, par une mesure, par exemple au moyen d'une magnéto non représentée. Sur la Fig. 2 la branche neutre est représentée par 38. Suivant la Fig. 2, on a superposé à la disposition de surveillance, aux points 32, 33, un dispositif 34, connu en lui-sEme de signalisation des courts-circuits à la terre. Ainsi, une surveillance des courts-circuits à la terre meme au point 15 est garantie de façon certaine. Ce dispositif supplémentaire 34 se compose du montage en série d'une source de tension alternative 35, d'un condensateur 36 et d'un relais 37. Si l'on applique cette tension entre I'àrbre 11 d'une part et, par llintermédiaire dé montage en série du condensateur 36 et du relais 37, l'en /d'autre part roulement inducteur à surveiller 10 et si lton dimensionne les résistances 29 et 27 convenablement, les courts-circuits en tous les points de l'enroulement d'ex- citation 10, de la source d'alimentation 14 et du pont de mesure 18 -sont;signalés par le passage d'un courant dans le repais 37 lors d'-une-dirinution de-la résis tance d'isolation au-dessous drune valeur minimale, courant qui déclenche ce relais. Cela ne porte pas atteinte au fonctionnement du pont de meure 18. Le dispositif supplémentaire 34 peut également être raccordé au montage suivant la Fig. 1. REVENDICATIONS 1 - Disposition de surveillance dans un enrouement d'excitation de machine é lectrique, en particulier de turbo-alternateur, des courts-circuits à la terre et/ou des courts-circuits entre spires au moyen d'un pont de mesure qui comporte deux branches parallèles et une branche neutre,avec un appareil. de mesure, connectée en des points de partage appropriés de ces premières branches, caractérisde en ce que l'enroulement d'excitation est divisé par un point de partage en deux enroulements partiels et forme lui-mEre une branche (interne) du pont, tandis que l'autre branche (extérieure) est formée par deux résistances statiques en série, en ce que le point de partage de l'enroulement d'excitation et celui de la branche extérieure sont connectés à la branche neutre, respectivement par l'intermédiaire d'une bague collectrice auxiliaire et directement, et en ce que le point de partage de la branche extérieure du pont peut titre relié à l'atbre de la machine par l'intermédiaire d'une résistance de protection et d'un interrupteur. 2 - Disposition de surveillance dans un enroulement d'excitation de machine électrique, en particulier de turbo-alternateur, des courts-circuits à la terre et/ou des courts-circuits entre spires au moyen d'un pont de mesure qui comporte deux branches parallèles et une branche neutre, avec un appareil de mesure, connectée en deux points de partage appropriés de ces premières branches, caractérisée en ce que l'enroulement d'excitation est divisé par un point de partage en deux enroulements partiels et forme lui-meme une branche (interne), du pont, que l'autre branche (extérieure) est formée par deux résistances statiques en série, en ce que, pour constituer la branche neutre, on relie directement à l'arbre, par l'intermédiaire d'une résistance de protection et d'un interrupteur à force centrifuge, le point de partage de la branche interne, tandis que l'on relie à l'ar- bre b point de partage de la branche extérieure du pont par l'intermédiaire de l'appareil de mesure, avec une résistance série et un balai sur l'arbre. 3 - Disposition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, dans une alimentation de l'enroulement d'excitation par l'intermédiaire de bagues collectrics, la branche extérieure du pont est connectée à ces deux bagues collectrices. 4 - Disposition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, dans une alimentation de l'enroulement d'excitation par redresseurs entratnés en- rotation, la branche extérieure du pont est montée en parallèle avec la branche interne par l'intermédiaire de deux bagues collectrices auxiliaires. 5 - Disposition suivant les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que, pour la détection d'un court-circuit à la terre, on superpose un dispositif supplémentaire, connu en lui-mEmeX qui comporte une source de tension alternative, un condensateur et un relais.