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SYSTmES DE PROTECTION A GRANDS.VITESSE DE CIRCUITS ELECGTRIQUES -
La présente invention se rapporta aux appareils de commande rapide de circuits électriques et aux systèmes de relais de protection à g@ vitesse dans lesquels les disjoncteurs sont disposés de manière à s'ouvrir sous l'action, soit de courant de surcharge, soit du courant inverse, ou d deux à la fois. Elle permet de réaliser un ensemble de ce genre à prix ré ne comportant qu'un seul disjoncteur.
Bien que non limitée à ces caractéristiques, l'invention e@ plus particulièrement applicable aux réseaux de traction par exemple, dans quels une ligne de distribution alimente plusieurs postes convertisseurs,
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##<- Ana o nnutatrices, des redresseurs à arc ou des dispositifs analo
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Dans les réseaux de ce genre, le courant permanent qui alimente les lignes de contact peut être dans les conditions normales très élevé, de l'ordre de 10.000 ampères par exemple. Chaque disjoncteur doit pouvoir suppor- ter un courant de surcharge dont l'intensité peut être celle du courant normal multiplié par deux ou trois.
De plus, ces appareils doivent être établis de manière à ouvrir très rapidement leurs circuits consécutivement aux perturba- tions qui peuvent y apparattre.
Par exemple, si un. balai d'une commutatrice est accidentellement mis à la terre, toutes les autres machinas connectées au réseau peuvent débiter par l'intermédiaire de ce balai et si le disjoncteur correspondant ne s'ouvre pas dans le temps minimum, il peut en résulter une détérioration sérieure de la machine mise à la terre, sinon l'interruption complète de toute l'alimentation du réseau.
On rend généralement l'intervalle de temps pendant lequel doit fonctionner le disjoncteur égal à la durée du transfert de l'arc d'un,. porte- balais à un autre, cette durée correspondant à l'anorçage d'un arc circulaire.
Comme durée de déclenchement, on considère l'intervalle qui dépare l'instant où le courant atteint une valeur donnant lieu à l'arc permanent sous les balais, et susceptible d'amorcer un arc à un porte-balais, et l'instant où le courant a diminué suffisamment pour que l'arc ne se produise pas. Pour réaliser ces conditions, les disjoncteurs sont nécessairement coûteux et on a dû prévoir jus- qu'alors deux disjoncteurs par convertisseur, l'un fonctionnant en cas de sur- charge et l'autre en cas de retour du courant.
Suivant une forme préférée de réalisation de l'invention, la commanda d'un disjoncteur unique à grande vitesse est réalisée par l'intermé- diaire de deux relais à action très rapide, de telle sorte que le circuit dtali- mentation soit coupé consécutivement à un certain courant inverse ou à un cou- rant de sens normal, d'une valeur prédéterminée, le temps total nécessaire pour le fonctionnement des relais et du disjoncteur étant inférieur ou équivalent à celui pendant lequel le courant atteint la valeur à laquelle l'arc est trans- féré d'un porte-balais à un autre-
Dans une installation de ce type, on a trouvé par exemple qu'il fallait 0,008 seconde après l'apparition de la perturbation, pour que le cou- rant atteigne cette valeur critique.
La durée de fonctionnement de certains disjoncteurs à grande vitesse est de l'ordre de 0,006 seconde entre le moment @
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où le courant commence à croître (consécutivement à un court-circuit ou au passage du courant inverse) et l'instant où il commence à diminuer. par oonsé- quent, on dispose de deux millièmes de seconde environ au cours desquels le relais doit fonctionner pour commander le disjoncteur.
Le relais doit d'autre part, revenir automatiquement dans sa position initiale avant que la disjoncteur se referme, pour que le relais puisse immédiatement couper le circuit en cas de fermeture du disjoncteur à un moment où le défaut sur la ligne n'est pas encore supprimé.
La présente invention concerna également un relais qui réalise ces conditions* Consécutivement à Une augmentation anormale de l'intensité par exemple, une force, agissant dans un sens de non fonctionnement, est instants- nément orientée dans le sens approprié, de manière à déplacer rapidement une armature mobile* Cette armature est légère et prévue de telle sorte qu'elle parcourt une distance relativement courte en fermant, par les contacts du relais, le circuit de déclenchement du disjoncteur. Ce circuit comporte une résistance élevée par rapport à son inductance et il est survolté de façon à diminuer la retard dû à cette dernière.
L'armature normalement sollicitée vers la position d'ouverture, est attirée vers la position de fermeture dans la ca d'une perturbation.
Le disjoncteur coupe alors le circuit, le relais se remettant automatiquement en position de circuit ouvert. On peut n'utiliser qu'un seul disjoncteur pour protéger le convertisseur en appliquant un relais qui fonc- tionne consécutivement à une surcharge et un second relais qui fonctionne sou l'action du courant inverse,
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avantages de l'invention en se référant à la description suivante et au dessi qui l'accompagna, donné simplement à titre d'exemple non limitatif. Un oonvei tisseur 12, relié à la ligne 10-11, a l'une des bornes de son induit connecte à 11 par l'intermédiaire d'un shunt 14.
L'autre borne de l'induit est reliée à la ligne 10, son circuit de débit comprenant la partie mobile 16 du disjon' teur rapide 18, un contact fixe 17 et un shunt 19.
Le disjoncteur est de préférence dû type ultra-rapide.
Le bras mobile 16 de ce disjoncteur 18 est normalement maint en position de circuit formé par une armature 20 connectée mécaniquement par une articulation 21, l'extrémité opposée de l'armature 20 pivotant en 22. Un
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électro-aimant 23 est muni d'une bobine de maintien 24 et d'une bobine de dé- clenchement 26, la première étant normalement alimentée par une source à courant continu. La bobine 26 peut provoquer le relâchement de l'armature 20 quand elle est alimentée par du courant unidirectionnel d'un sens déterminé' La disposition est telle que la bobine de déclenchement 26, correctement alimentée, oblige le flux de l'électro-aimant 23 à quitter l'armature 20 et à passer dans l' entrefer.
On obtient alors une ouverture très rapide de l'interrupteur grâce à un fort ressort 28 qui attire énergiquement la pièce mobile 16 dans la position d'ouverture du circuit*
La bobine de déclenchement 26 est connectée, par les contacts 30 fermés par le bras 16, à une source d'alimentation appropriée, représentée ici sous forma d'une batterie 32, reliée aux fils 34 et 35; la fermeture du circuit d'alimentation de la bobine 26 dépend de la position de l'un ou de l'autre des relais 38 et 39. Ceux-ci étant de préférence identiques, on décrira seulement le relais 38. Comme on le voit, il est muni d'un bras de contact mobile 40, portant une armature magnétique 41.
Un ressort 42 attire fortement le bras 40, pivoté en 43, et le maintient en position de circuit ouvert. Un électroaimant 45 actionne l'armature 41, sa bobine 46 étant alimentée par une source appropriée, représentée par une batterie 48. Cet électro-aimant 45 comporte un circuit magnétique fermé et deux pièces polaires saillantes 50 et 51 situées en face de l'armature 41.
Une bobine 54 est montée sur la branche 55 et est connectée aux bornes du shunt 19 par les conducteurs 56 et 57. La bobine 46 est normalement alimentée de manière à saturer l'électro-aimant 45, la plus grande partie du flux traversant le circuit magnétique tonné; un faible flux de fuite seulement agit normalement sur l'armature 41,
Dans le cas de courant inverse par exemple, l'accroissement rapide de l'intensité provoque le passage d'un courant par les conducteurs 56 et 57 et par la bobine 54. Le sens au courant dans la bobine d'attraction 54 est tel que la force magnétomotrice de celle-ci s'oppose à la force magnétomotrice de la bobine 46 et elle est d'une valeur telle qu'elle provoque un déplacement instantané du flux, ce dernier quittant la branche 55 de l'aimant 45 et passant par les pièces polaires 50 et 51.
Une force considérable d'attraction s'exerce alors sur l'armature 41 entraînant le bars 40 vers la ferme- ture.
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Pour diminuer davantage la durée de l'opération, le contact fixe 60 est placé à une petite distance du contact mobile de 40. Dans un exemple de réalisation de l'invention, cette distance est de l'ordre de 1 à 4 mm.
Dans ce cas, le temps nécessaire pour la fermeture des contacts du relais à ' partir du moment où le courant commence à croître dans la ligne d'alimentation 10-11 varie entre 1/1000 et 2/1000 de seconde environ.
Comme le disjoncteur 18 ouvre le circuit en 6/1000 de seconde, on voit que le temps nécessaire pour isoler le convertisseur 12 après l'apparition du courant inverse, est de l'ordre de 8/1000 de seconde, cette durée étant suffisamment courte pour protéger efficacement le convertisseur 12 de tous damages éventuels.
Des que le disjoncteur 16 a fonctionné et isolé le convertis- : sur 12, la bobine 54 du relais 38 est désexcitée, et le ressort 42 ouvre les contacts 40-60 du relais qui revient ainsi automatiquement dans sa position de repos dès que l'interrupteur a coupé le circuit; cette disposition élimine toute complication d'un mécanisme à déclenchement libre.
On conçoit que, dans Certains cas.où le ressort 42 fournit:un faible effort, la bobine 46 peut être désexcitée par un contact auxiliaire prévu sur le disjoncteur principal, de façon à obtenir le retour automatique sans qu'il soit nécessaire de faire usage d'un mécanisme complexe de déclenchement libre. Ce contact auxiliaire doit se refermer avant la refermeture du disjoncteur.
Pour refermer le disjoncteur 18 après son déclenchement automatique, on déplace dans le sans des aiguilles d'une montre la poignée 80, de manière à emmagasiner de l'énergie dans le ressort 28 et à amener l'armature 20 en contact avec l'électro-aimant 23. Cette opération effectuée, la poignée 80 est ramenée en sens inverse, le rapport 28 faisant alors tourner la pièce mobile 16 autour de l'axe 21 vers la position de fermeture du circuit. Ce dispositif donne la certitude que le disjoncteur est toujours près à ouvrir ses contacts, indépendamment de la position de la poignée 80.
Le relais 39 peut être d'une construction'identique et muni d'une bobine 70 alimentée par une source appropriée telle qu'une batterie 71, et sa bobine de fonctionnement 72 est connectée par les conducteurs 73 et 74 aux bornes du shunt 14, un ressort 76 maintenant normalement le contact mobile 78 dans la position de circuit ouvert.
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Pour obtenir un fonctionnement sélectif des relais 38 et 59, le shunt 19 est muai d'une inductance relativement élevée par rapport à sa résistance, de manière à obtenir une action plus rapide du relais au cas d'apparition de courant inverse. L'inductance de ce shunt étant relativement élevée, une augmentation rapide du courant fait fonctionner le relais 38 beaucoup plus vite qu'un accroissement lent du courant, puisque la tension appliquée à la bobine 54 est plus élevée quand le courant croît rapidement. Le shunt 14 offre une inductance moindre que le shunt 19; il est par conséquent moins $Ensible à l'accroissement rapide du courant de surcharge que le shunt de courant inverse. Les deux relais fonctionnent dans ces conditions sélectivement.
Comme on le voit, on préfère placer le shunt 19 à la borne positive du convertisseur 12 pour assurer sa protection en cas de défaut quelconque dans le réseau alimenté ou du côté positif au convertisseur.
Les relais étant identiques, on conçoit que lorsqu'une surcharge d'un amplitude prédéterminée traverse le shunt 14, la bobine 72 est alimentée et produit une force magnétomotrice qui provoque à son tour une forteattraction de l'armature au relais 78, de manière à fermer le circuit d'alimentation de la bobine 26 du dicjoncteur 18. Ce circuit est constitué par les éléments suivants :batterie 52, conducteur 35, contacts du relais 39, Conducteurs 34 et 82, bobine 26 et contacts 30.
En vue de diminuer davantage la durée du fonctionnement du disjoncteur au cas où une perturbation entraînerait le fonctionnement de l'un ou l'autre des relais, le circuit d'alimentation de la bobine 26 offre une résistance relativement élevée par rapport à l'inductance de cette bobine. La résistance peut être introduite dans la bobine elle-même ou sous forme d'une résistance séparée 84. En rendant cette résistance prépondérante et en alimentant la bobine 26 par une source 32 à tension relativement élevée, on augmente sensiblement la rapidité d'établissement du courant dans la bobine qui est protégée contre les effets de ce survoltage, étant donné qu'elle est désexcitée par les contacts 30 immédiatement après le déclenchement du disjoncteur.
Bien qu'on ait décrit et représenté une seule forme de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à cette forme particulière, donnée simplement à titre d'exemple et sans aucun caractè- re restrictif et que par conséquent toutes les variantes ayant marne principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles
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dans la cadre de l'invention.