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BREVET D'INVENTION Dispositif pour protéger les installations à courant alternatif contre les dangers sdécoulant d'une mise à la terre.
On connaît déjà différents dispositifs de protection pour installations à courant alternatif et à courant continu qui ont pour but, en cas de la mise à la terre de l'installation ; de déclencher un signal d'alarme et de provoquer la disjonction de l'installation, c'est-à-dire sa séparation du réseau, ces deux dispositifs de sécurité pouvant fonctionner en dépendance l'un de l'autre, de telle sorte que le
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premier est actionné lors d'une perte peu importante, tandis que le deuxième n'est mis en action que lorsque la perte atteint des valeurs importantes:
-Les dispositifs de ce type connus jusqu'à présent et destinés à fonctionner pour des pertes peu importantes nécessitent pour chacun des appareils d'utilisation une ligne de terre pour permettre le fonctionnement du dispositif de sécurité lors des pertes plus importantes. D'autres réalisations employant un relais et ne com- portant pas de ligne de terre présentent une sensibilité notablement accnue du fait que l'armature de l'électro de déclenchement est disposé dans un récipient en verre, vide dtoxygène, afin d'en éviter 1'oxydation, mais exigent une puissance notable pour vaincre la résistance produite par l'entrefer entre l'armature et l'électre;
ce dispositif ne fonctionne qu'à partir de pertes de l'ordre de luO à 120 ampère;:. a présente invention a trait à un dispositif de sécurité fonctionnant pour des valeurs inférieures à 20 milliam- pères, et susceptible par ailleurs d'être réglé à l'aide de moyens simples pour en assurer le fonctionnement à partir d'une perte minima déterminée. Le fonctionnement du dispositif est d'autre part indépendant de la charge de l'installation, la vitesse de réaction étant la même à pleine charge et à charge nulle, et ce, même si la charge entre phases ou entre phase et neutre est différente ou décalée. Le dispositif est principalement caractérisé en ce que les conducteurs de réseau sont enroulés autour d'un noyau de fer pour former une bobine ampèremétrique.
Entre celle-ci et une deuxième bobine enroulée autour d'un autre noyau de fer et monté en parallèle sur les lignes sous courant (bobine voltmétrique)est disposée une masse métallique mobile dont le déplacement, provoqué par le
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couple magnétique dû à une perte dans l'une des lignes sous courant et conduisant à une différence d'aimantation des neyenx est utilise pour commander un circuit de signalisation ou un circuit de déclenchement agissant sur un dispositif de déclenchument approprié.
Contrairement aux dispositifs connus jusqu'à présent, l'installation objet de la présente invention fonctionne dès qu'il se produit une perte à la terre, que cette perte s'effec- tue par les conducteurs de terre normaux (fils neutres et terre de protection du transformateur), ou par le conducteur de terre de protection, ou par une mise à la terre accidentelle, par exemple à travers une paroi humide ou des hommes ou des animaux.
D'autres détails de l'invention apparaîtront de la des- cription donnée ci-après, et en se référant aux dessins annexés, relatifs tous deux à un mode de réalisation pris à titre d'exemple aucunement limitatif. Dans ces dessins: la fig. 1 est un schéma de l'application à un réseau à trois fils, dont l'un constitue le neutre; la f ig. 2 donne le schéma de l'application du dispositif à une ligne à quatre fils; les fig. 3 et 4 montrent! .deux modes de réalisation pour la connexion de la bobine voltmétrique aux lignes sous courant et la fig. 5 montre le schéma d'une variante.
Dans le schéma de la fig. L, les références A et B désignent les deux conducteurs sous courant d'une installation à courant alternatif, qui comporte par ailleurs un conducteur neutre 0. Le dispositif de protection est constitué par un noyau de fer 1 entouré d'une bobine 2 qui est reliée par des conducteurs 3 et 4 aux lignes A et B. Cette bobine 2 est donc
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montée en bobine voltmétrique. au-dessous du noyau de fer 1 et à faible distance est disposé un deuxième noyau. de fer 5 entouré d'une bobine b désignée ci-après comme bébine ampèremétrique. Cette dernière est constituée par les trois conduc- teurs A, B et O toronés aussi serrés que possible avec le pas minimum pour pouvoir leur conserver un axe commun.
L2 pratique a montré qu'il y avait avantage à enrouler les spires avec un pas correspondant au moins à la longueur d'uns spire entourant le noyau.
.Entre les noyaux de fer 1 et 5, est monté un disque if métallique 7, préférablement réalisé en aliminium pour en réduire autant que possible le poids. Ce disque 7 est calé sur un arbre 8 tournant dans deux paliers 9 et 10. Au-dessus du disque 7 l'arbre 8 porte une pièce 11 qui reçoit des deux côtés de l'arbre une broche de contaot 12.
A côté de chacune des broches de contact 12 est disposé un levier coudé pivotant autour d'un arbre 13 et dont le bras vertical 14 présente son extrémité inférieure en face des dites broches, tandis que le bras supérieur horizontal 15 est terminé par un contact 16 qui, lors du pivotement du levier coudé, rencontre une plaque 17, en fermant ainsi le circuit d'un électro 18 dont l'autre extrémité est reliée au conducteur A par un fil 54.
Les plaques de contact 17, ainsi que les leviers coudés 14, 15 sont Belles entre eux par des conducteurs 19 et 20.
Entre les lignes 20 et le conducteur est interposé un dispositif d'alarme par exemple constitué par une lampe de signalisation 21. Au point où s'effectue le raccordement sur les lignes iL et 6, est interposé un disjoncteur double 22, 25, assurant respectivement la coupure de la ligne A et de la ligne B. un fil z4 relie l'une des broches 12 au conducteur B.
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La bobine voltmétrique 2 contient une plaque de fer 25 rabattue en 26 sous la bobine et formant, à la surface de celle- ci, une saillie 27 en face de laquelle l'arbre 8 porte une plaquette en fer 28.
.Le dispositif ainsi décrit fonctionne de la manière suivante:
Les trois lignes A, B et 0 étant toronnées et enroulées ainsi qu'autour du noyau 5, ce dernier n'est normalement pas aimanté; une mise à la terre de l'une quelconque des lignes par contre provoque, en arrière de la bobine, la formation d'un couple magnétique entre les noyaux 1 et 5, du fait que le courant traversant la bobine 2 est constant. Ce couple provoquera la rotation du disque 7 qui, normalement; occupe une position déterminée indépendante de la charge du réseau.
Si alors on admet qu'il se produit sur la ligne A une perte du côté installation du commutateur 23 fermé à ce moment, il se produira un couple qui amorcera la mise en rotation du disque 7. L'importance de la perte nécessaire pour amorcer cette rotation est déterminée par la distance entre la saillie magnétique 27 et la plaque de fer 28, oette distance pouvant, le cas échéant, être rendue réglable.
Lorsque le disque 7 a tourné d'un angle suffisant pour que la broche de contact 12 rencontre le bras 14, un circuit sera fermé par conducteur A, contact 23, ligne 54, signalisation 21, bras 14, broche 12, ligne 24 et conducteur B, la ligne A étant reliée à la ligne 34 au point 35. Si la perte est très peu importante, le couple sera insuffisant pour provoquer une rotation importante du disque 7, la broche 12 ne provoquera pas le pivotement du levier 7 et il ne se produira qu'une alarme grâce à la lampe 21.
Si la perte vient à eroltre, la valeur du couple croît
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également et devient finalement suffisante pour que la broche 12 fasse pivoter le levier coudé 14-15 en fermant ainsi le contact 16-17. Un courant passe alors du conducteur A par la bobim
18, le contact 16-17, lé bras 14, le contact 12, la ligne 24 et le conducteur B ; la bobine 18 fera fonctionner le disjoncteur 22-23 qui à son tour assure la séparation de l'installation et du réseau.
-Le disque 7 retourne ensuite à sa position normale sous l'action des pièces en fer 27 et 28. Si l'on cherche à réenclen- cher le disjoncteur 22-23 sans avoir remédié au défaut qui a provoqué la disjonction, l'opération se reproduira comme pré- cédemment et provoquera une nouvelle disjonction.
Si la perte se trouve sur le conducteur B, l'appareil fonctionne de la même manière, sauf que le disque 7 tournera en sens inverse: et c'est la broche de gauche 12 qui agira sur le levier 14 de gauche. il va de soi que le dispositif est également applicable aux installations à deux fils.
'appareil peut également être agencé pour provoquer la disjonction pour les pertes les plus faibles, par exemple si quelqu'un vient à toucher un conducteur ou un appareil d'utilisation qui se trouve à la masse. A cet effet, il suffit de supprimer les contacts 15 et 17 de manière à laisser la bobine 18 constamment sous courant.
L'appareil conforme à l'invention est également applicable aux installations à quatre fils, comme le montre la fig. 2, la ligne comportant alors quatre conducteurs, soit trois condue- teurs A, B et 0, et un conducteur neutre 0. On peut alors uti-
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liser un double jeu de bobines ampèreihétriqlaes du type 0 i.. des S\1I indiqué; les jeux de bobines peuvent être disposés soit cête à côte, soit en face l'un de l'autre, soit superposés. Sur la
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fig. 2, ces bobines sont disposées l'une en face de l'autre.
Dans ce cas, ainsi que dans le premier, il suffit d'un seul disque commun 7; dans le cas où. les jeux de bobines sont superposées, il faut prévoir deux disques, un pour chacun des jeux de bobines, ces deux disques pouvant d'ailleurs être montés sur un arbre commun.
Comme le montre la figure, l'une des bobines voltmétriques 2a est montée en parallèle sur les lignes A et B, tandis que la deuxième bobine voltmétrique 2b est montée en parallèle sur les lignes B et C. Les quatre lignes sont toronnées comme précédemment et forment les bobines 6a et 6b montées en série pour les noyaux de fer 5.
Dans des installations à quatre fils, on pourra, le cas échéant, utiliser, au lieu d'un double jeu de bobines voltmétriques et ampëremétriques, un simple jeu de celles-ci qui, dans oe cas, est monté comme l'indiquent les fig. 3 et 4. Dans le cas de la fig. 3, la bobine voltmétrique 2 est montée en parallèle sur les lignes A et B comme précédemment, tandis que les lignes B et c sont reliées par une résistance 36. Suivant la variante de la fig. 4, les lignes B et c sont encore reliées par une résistance, mais la bobine voltmétrique est montée en parallèle entre cette résistance et la ligne A, cette disposition permettant de réduire la puissance absorbée par la résistance 36.
Ces deux dispositions à un seul jeu de bobines présentent d'ailleurs l'inconvénient d'avoir, en cas de pertes, une sensibilité différents pour les différents conducteurs, c'est-à-dire que le dispositif ne fonctionne en raison de la présente de la résistance que pour une perte d'importance déterminée pour l'un des conducteurs, et pour une perte de valeur différente sur l'autre conducteur.
Lorsque l'installation comporte trois fils sous tension,
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le disque peut être mis en rotation dans une seule et même directio4 quel que soit le conducteur sur lequel se produit la perte. Cette variante est représentée par le schéma de la fig.5 qui montre une troisième bobine voltmétrique 2c montée en parallèle entre A et C. Grâce à cette disposition, une moitié des organes de fermeture de circuit 12, 13, 14,15, 16, 17 peut être supprimée.
REVENDICATIONS .
1. Dispositifs pour la protection d'installations à courant alternatif contre les dangers dus à une mise à la terre accidentelle, caractérisés en ce que toutes les lignes sous courant alimentant l'installation sont enroulées en une seule et même bobine sur un ou plusieurs noyaux de fer, lequel, en ooopérant avec un ou plusieurs autres noyaux de fer entourés d'une bobine voltmétrique montée en dérivation sur lesdites lignes sous courant, provoque le déplacement d'une masse métallique sous l'action du couple magnétique produit entre lesdits noyaux de fer dans le cas d'une perte accidentelle, ce déplacement étant utilisé pour commander un circuit de signalisation ou un circuit de déclenchement provoquant le fonctionnement d'un disjoncteur.
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PATENT OF INVENTION Device for protecting alternating current installations against the dangers arising from earthing.
Various protection devices are already known for AC and DC installations, the purpose of which is, in the event of the installation being grounded; to trigger an alarm signal and to cause the installation to disconnect, that is to say its separation from the network, these two safety devices being able to function in dependence on one another, so that the
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the first is activated when the loss is small, while the second is only activated when the loss reaches large values:
The devices of this type known until now and intended to operate for low losses require for each of the devices of use an earth line to allow the operation of the safety device during larger losses. Other embodiments employing a relay and not comprising an earth line exhibit a notably increased sensitivity owing to the fact that the armature of the tripping electro is placed in a glass container, empty of oxygen, in order to avoid it. Oxidation, but require a significant power to overcome the resistance produced by the air gap between the armature and the electrode;
this device works only from losses of the order of luO to 120 amperes;:. The present invention relates to a safety device operating for values of less than 20 millimeters, and moreover capable of being adjusted using simple means in order to ensure its operation from a determined minimum loss. The operation of the device is also independent of the installation load, the reaction rate being the same at full load and at zero load, even if the load between phases or between phase and neutral is different or shifted. The device is mainly characterized in that the network conductors are wound around an iron core to form an amperometric coil.
Between this and a second coil wound around another iron core and mounted in parallel on the live lines (voltmeter coil) is placed a mobile metal mass whose displacement, caused by the
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Magnetic torque due to a loss in one of the live lines and leading to a difference in magnetization of the neyenx is used to control a signaling circuit or a trip circuit acting on a suitable trip device.
Unlike the devices known hitherto, the installation which is the subject of the present invention operates as soon as a loss to earth occurs, this loss is effected by the normal earth conductors (neutral wires and earth. transformer protection), or by the protective earth conductor, or by accidental earthing, for example through a damp wall or through humans or animals.
Other details of the invention will emerge from the description given below, and with reference to the appended drawings, both relating to an embodiment taken by way of non-limiting example. In these drawings: FIG. 1 is a diagram of the application to a three-wire network, one of which constitutes the neutral; the f ig. 2 gives the diagram of the application of the device to a four-wire line; figs. 3 and 4 show! .two embodiments for the connection of the voltmeter coil to the lines under current and FIG. 5 shows the diagram of a variant.
In the diagram of fig. L, the references A and B denote the two conductors under current of an alternating current installation, which also comprises a neutral conductor 0. The protection device consists of an iron core 1 surrounded by a coil 2 which is connected by conductors 3 and 4 to lines A and B. This coil 2 is therefore
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mounted in voltmeter coil. below the iron core 1 and at a short distance is a second core. of iron 5 surrounded by a coil b hereinafter referred to as ammeter bebine. The latter is made up of the three conductors A, B and O stranded as tight as possible with the minimum pitch in order to be able to keep a common axis.
L2 practice has shown that there was an advantage in winding the turns with a pitch corresponding at least to the length of one turns surrounding the core.
Between the iron cores 1 and 5, is mounted a metal disc 7, preferably made of aluminum to reduce the weight as much as possible. This disc 7 is wedged on a shaft 8 rotating in two bearings 9 and 10. Above the disc 7, the shaft 8 carries a part 11 which receives on both sides of the shaft a contact pin 12.
Next to each of the contact pins 12 is arranged an angled lever pivoting around a shaft 13 and the vertical arm 14 of which has its lower end opposite said pins, while the upper horizontal arm 15 is terminated by a contact 16. which, during the pivoting of the angled lever, meets a plate 17, thus closing the circuit of an electro 18 whose other end is connected to the conductor A by a wire 54.
The contact plates 17, as well as the angled levers 14, 15 are beautiful between them by conductors 19 and 20.
Between the lines 20 and the conductor is interposed an alarm device, for example consisting of a signaling lamp 21. At the point where the connection is made to lines iL and 6, a double circuit breaker 22, 25 is interposed, respectively ensuring cutting line A and line B. a wire z4 connects one of pins 12 to conductor B.
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The voltmeter coil 2 contains an iron plate 25 folded down at 26 under the coil and forming, on the surface thereof, a projection 27 in front of which the shaft 8 carries an iron plate 28.
The device thus described operates as follows:
The three lines A, B and 0 being stranded and wound as well as around the core 5, the latter is normally not magnetized; an earthing of any one of the lines on the other hand causes, behind the coil, the formation of a magnetic couple between the cores 1 and 5, because the current passing through the coil 2 is constant. This torque will cause the rotation of the disc 7 which, normally; occupies a determined position independent of the network load.
If then we admit that a loss occurs on line A on the installation side of the switch 23 closed at this moment, a torque will occur which will initiate the rotation of the disc 7. The magnitude of the loss necessary to initiate this rotation is determined by the distance between the magnetic projection 27 and the iron plate 28, which distance can, if necessary, be made adjustable.
When the disc 7 has rotated by a sufficient angle for the contact pin 12 to meet the arm 14, a circuit will be closed by conductor A, contact 23, line 54, signaling 21, arm 14, pin 12, line 24 and conductor B, line A being connected to line 34 at point 35. If the loss is very small, the torque will be insufficient to cause a significant rotation of the disc 7, the pin 12 will not cause the pivoting of the lever 7 and it will not an alarm will occur thanks to lamp 21.
If the loss occurs, the value of the torque increases
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also and eventually becomes sufficient for the pin 12 to rotate the elbow lever 14-15 thus closing the contact 16-17. A current then passes from conductor A through the coil
18, contact 16-17, arm 14, contact 12, line 24 and conductor B; coil 18 will operate circuit breaker 22-23 which in turn ensures the separation of the installation and the network.
-The disc 7 then returns to its normal position under the action of the iron parts 27 and 28. If one seeks to reset circuit breaker 22-23 without having remedied the fault which caused the trip, the operation will reoccur as before and cause a new disjunction.
If the loss is on conductor B, the device operates in the same way, except that the disc 7 will rotate in the opposite direction: and it is the left pin 12 which will act on the left lever 14. it goes without saying that the device is also applicable to two-wire installations.
The apparatus may also be arranged to cause tripping for the lowest losses, for example if someone comes into contact with a conductor or a user device which is grounded. For this purpose, it suffices to remove the contacts 15 and 17 so as to leave the coil 18 constantly under current.
The apparatus according to the invention is also applicable to four-wire installations, as shown in fig. 2, the line then comprising four conductors, that is to say three conductors A, B and 0, and a neutral conductor 0. We can then use
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read a double set of amperehétriqlaes coils of the type 0 i .. of the S \ 1I indicated; the sets of coils can be arranged either side by side, or opposite one another, or superimposed. On the
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fig. 2, these coils are arranged one opposite the other.
In this case, as in the first, a single common disc 7 is sufficient; in the case where. the sets of coils are superimposed, it is necessary to provide two discs, one for each of the sets of coils, these two discs can also be mounted on a common shaft.
As shown in the figure, one of the voltmeter coils 2a is mounted in parallel on lines A and B, while the second voltmeter coil 2b is mounted in parallel on lines B and C. The four lines are stranded as before and form the coils 6a and 6b mounted in series for the iron cores 5.
In installations with four wires, it is possible, if necessary, to use, instead of a double set of voltmeter and amperometric coils, a single set of these which, in this case, is mounted as shown in figs. . 3 and 4. In the case of FIG. 3, the voltmeter coil 2 is mounted in parallel on lines A and B as before, while lines B and c are connected by a resistor 36. According to the variant of FIG. 4, lines B and c are still connected by a resistor, but the voltmeter coil is mounted in parallel between this resistor and line A, this arrangement making it possible to reduce the power absorbed by resistor 36.
These two arrangements with a single set of coils also have the drawback of having, in the event of losses, a different sensitivity for the different conductors, that is to say that the device does not work because of the present resistance only for a loss of determined importance for one of the conductors, and for a loss of different value on the other conductor.
When the installation has three live wires,
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the disc can be rotated in a single directio4 regardless of the conductor on which the loss occurs. This variant is represented by the diagram in fig. 5 which shows a third voltmeter coil 2c mounted in parallel between A and C. Thanks to this arrangement, one half of the circuit closure members 12, 13, 14, 15, 16, 17 can be deleted.
CLAIMS.
1. Devices for the protection of alternating current installations against the dangers due to accidental earthing, characterized in that all the live lines supplying the installation are wound in a single coil on one or more cores iron, which, by co-operating with one or more other iron cores surrounded by a voltmeter coil mounted in shunt on said lines under current, causes the displacement of a metal mass under the action of the magnetic torque produced between said cores of iron in the event of an accidental loss, this displacement being used to control a signaling circuit or a trip circuit causing the operation of a circuit breaker.