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" Dispositif compteur et mesureur d'impulsions de oourant de courte durée
Parmi les dispositifs de proteotion oontre les troubles occasionnés par la foudre, les dériva tours de surtension pour stations occupent actuellement le premier rang. Ces dérivateurs sont à même de dériver à la terre en un oourt laps de temps, un grand courant, c'est-à-dire une poussée de oourant soi-disant On a constaté qu'il est très important pour l'exploitation élec- trique de savoir quand et avec quelle fréquence un dérivateur monté sur un appareil a absorbé ces poussées de oourant et quel- le était l'intensité de oelles-ci.
Le dénombrement des impulsions de oourant montre combien de fois le d6riTateur a rendu les surtensions inoffensives et
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la mesure de l'intensité de la poussée de oourant qui a été dé rivée, l'effort auquel le dérivateur a été soumis.
Comme il es difficile de construire des dérivateurs de manière qu'il* Puis- sont supporter un grand effort répété à volonté, sans subir de dommage*, le dénombrement permet, d'une part, de dire combien de fois le dérivateur a été nécessaire, tandis que la mesure permet, d'autre part, de se rendre compte si un dérivateur a été tournis en service à un régime foroé et si, partait, il doit être remplacé ou bien s'il est encore en ordre de marche. Pour les dérivateurs enfumés notarment, un contrôle de ce genre est sinon, à peine possible.
Four dénombrer oes impulsions de courant, spécialement dans les dérivateurs de surtensions, on connaît des dispositifs qui sont montés entre le dérivateur et la terre et dans lesquel la poussée de courant est envoyée par le montage en parallèle d'une capacité et d'une résistance dépendant de la tension ( du genre d'une valve ). uand l'intensité du oourant est suffisam- ment grande, la oapacité est chargée une tension qui corres- pond à la caractéristique de valve de la résistance. Dans le oa idéal d'une valve pure, la capacité reste chargée quand la pous sée de courant a cessé d'agir. L'énergie ainsi accumulée est utilisée pour actionner un compteur d'impulsions monté en parai lèle avec le condensateur.
On parvient ainsi à compter des im- pulsions de courant de l'ordre d'au moins la -5 @ ( la/ s ) de durée et d'une valeur maximum d'au moins quelques 100 A. On n'a pas utilisé cette méthode Jusqu'à présent pour mesurer par dé- nombrement l'intensité des impulsions.
Pour mesurer les valeurs maxima des courants de poussée, on s'est servi dans une large mesure de filaments d'acier trem- pés qui sont magnétisés en permanence par le courant qui doit être mesuré; l'intensité de la rémanence permet ainsi de déter- miner l'intensité du courant de poussée magnétiseur.
Cette
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méthode est très simple pour déterminer approximativement l'il tensité des courants de la foudre et de* courante à poussées. lais elle ne donne aucune indication concernant la durée du courant et l'intensité de l'impulsion #i[alpha]t ou #i2[alpha]t qui sc les facteur* déterminante dans le fonctionnement des dérivateu Ensuite, il n'est pas possible de cette manière de dénombrer les impulsions de courant, parce que les filaments d'acier doi vent être, après chaque magnétisation, tout d'abord mis en va- leur et démagnétisés.
Le présent dispositif destiné à dénombrer et à mesurer -6-2 les impulsions de courant de courte durée, de 10 à 10 s environ de durée est caractérisé par le fait que l'on transfon l'énergie électrique d'impulsion en une forme d'énergie non électrique et qu'on l'accumule dans cet état et ensuite par le fait que l'on se sert de l'énergie acoumulée pour actionner de: organes dénombreurs ou des organes mesureurs ou les deux en mêm temps.
L'essence de l'idée à la base de l'invention va être ex- posera l'aide de l'exemple illustré par la figure 1.
Dans la figure la, la référence i (t) désigne l'impulsion de courant de courte durée qui doit être enregistrée, les réfé- renoes L1 et L2 deux bobines de réaotanoe étroitement accouplée magnétiquement qui s'attirent réciproquement du fait du passage du courant iL. L'impulsion des forces d'attraction confère aux masses M1 et M2 en relation avec les bobines, un accroissement de vitesse réciproque. L'énergie oinétique accumulée dans la masse M est utilisée pour actionner le compte Z, d'une part, @ et pour comprimer la pièce élastique intermédiaire K d'autre part. En vue d'empêcher l'oscillation des masses M, on peut amortir leur mouvement, par exemple par la friction d'un liquide ou de l'air.
Une difficulté que l'on rencontre pour l'établissement de*
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mécanismes compteur* de oe genre est que les Impulsion$ de oou rant d'intensité très différente, telles que celles qui se man testent dans les dérivateurs, créent des impulsions et des for ces de grandeurs très différente* dans les bobines. Commel'in- tensité du courant est essentiellement proportionnelle à i2, la force sera, pour un courant 32 fois plus intense qu'un autre déjà 1.000 fois plus grande et il en sera de même de l'impulsion mécanique pour la même durée de courant : J = #R dt = [alpha]#i2dt.
Four porter remède à cet inconvénient, on monte en parallèle avec l'organe transformateur d'énergie L, une résistance R non constante, du genre de oelles dont l'on se sert dans les dériva teurs. La caractéristique de cette résistance est indiquée par la figure lb. Comme l'intensité du courant dans la résistance croît beauooup plus rapidement que la tension aux bornes u, il en résulte que, inversement, le courant partiel iL croît plus lentement que la tension aux bornes u et que le courant total i (t). En choisissant convenablement les caractéristiques des résistances R et de l'inductivité L des bobines, on arrive, par exemple, pour une intensité de courant i (t) 30 fois plus grand. à n'avoir qu'une impulsion mécanique environ 30 fois plus élevé( ou encore moins.
Le quantum transformé en énergie méoanique peu' être mesuré de manière qu'il suffise exactement, pour actionner de façon sûre un compteur mécanique Z. La tension u de l'organe transformateur d'énergie L et de la résistance R dépendant de la tension peut être maintenue suffisarmont petite pour ne pas faire tort au pouvoir protecteur du dérivateur branché devant.
Si la résistance R est calculée en correspondance plus largement que le dérivateur, le compteur ne subira aucun dormage même quan le dériveur se trouvera sous un régime forcé. Cette dispositio peut être considérée comme étant un compteur électro-dynamique.
Un deuxième exemple de réalisation de l'invention est il- lustré par la figure 2. L'impulsion du oourant électrique i (t)
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qui doit être enregistrée est ici conduite dans l'organe trans formateur d'énergie H qui transforme l'énergie de l'impulsion électrique en énergie thermique et l'accumule ainsi pendant un court laps de temps. L'allongement momentané de l'élément de chauffage E sous l'effet du courant iH qui y passe est enregis tré par un dispositif compteur Z pauvre en Inertie en utilisan une force élastique F aveo un amortissement quelconque. Le fon tionnement du dispositif est celui d'un mesureur de courant balistique à fil chauffant et il peut être appelé compteur d'in pulsions électro-thermique.
Aussi longtemps que la résistance électrique de l'élémenl de chauffage H reste constante, son échauffèrent est proportioi nel à #i2dt comme dans le compteur d'impulsions électro-dynami- que. Il existe donc ioi aussi la même difficulté à résoudre en ce qui concerne l'utilisation du dispositif pour dénombrer des impulsions de courant d'intensité très différente. Pour empêche l'échauffement exagéré en cas de fortes impulsions, c'est-à-dir pour régler ou limiter la sensibilité du compteur vers le haut, il convient ici aussi de faire usage d'une résistance R dépen- dant de la tension montée en parallèle.
Avec une caractéristiqu u (i) analogue à oelle de la figure lb, on peut protéger la ré- sistance de chauffage R oontre la surcharge et ensuite, arriver è ce que le compteur ne souffre aucun dommage même quand le dé- rivateur monté avant lui est soumis à un régime forcé.
On peut aussi réduire la sensibilité de l'organe mesureur de façon moina parfaite en se servant d'une section d'étincelle.
F à résistance en série S ( figure 2, pointillé ) au lieu d'em- ployer la résistance fonction de tension R. Lorsque la section d'étinoelles F est mise à contribution, la résistance S est branchée en parallèle aveo l'élément de chauffage H. De ce :rait, il n'arrive plus dans celui-ci qu'une fraction du courant total, ce qui fait descendre brusquement la sensibilité.
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Si l'on doit encore dénombrer des impulsions aussi petite* que possible, on peut remplacer la résistance R des figures 1 et 2 par un condensateur C ( ligne mixte de la figure 1 ). Ce condensateur accumule donc tout d'abord de l'énergie électrique qu'il cède ensuite à l'organe transformateur L ou H. Pour ne pas surcharger le dispositif en cas de très fortes impulsions, on recommande ici aussi de se servir d'une résistance R influ- enoée par la tension et montée en parallèle avec le condensateur- accumulateur C.
Comme on a affaire dans les réaistanoes R influencées par la tension, précitées, aux mêmes éléments que ceux que l'on em- ploie dans les dérivateurs de surtension de construction usuelle, la branche de courant de droite des figures 1 et 2 peut aussi être montée directement en parallèle avec une partie du dériva- tour, étant donné que ce dernier est pourvu par exemple d'une prise pour le compteur à réaction.
La figure 3 illustre une forme spéciale du oompteur éleo- tro-thermique. L'énergie calorifique qui intervient dans l'or- Zone tranaformateur d'énergie H sert ici à allumer une petite quantité de matière explosive P. L'énergie libérée sert à don- ner des signaux ou à aotionner des compteurs mécaniques queloon- ques; une quantité d'énergie extrêmement réduite est seulement nécessaire à cet effet. Afin que le dispositif soit directement prêt à dénombrer de nouveau lorsque l'enregistrement est opéré, une nouvelle capsule d'allumage P est introduite en l'espace d'environ 0,1 @ aux lieux et place de la première. Ceci peut se faire par la pression d'un ressort qui imprime un mouvement de rotation en avant à une étoile-support, ainsi que le montre la figure.
A cette étoile-support est directement accouplé mécani- quement le oompteur de nombre d'impulsions Z. Comme les dériva- teurs modernes ne réagissent que rarement, il suffit de disposer d'un petit nombre d'allumeurs de réserve. La résistance R dépen-
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dant de la tension Meure ioi qu'à tout moment, il existe un trajet à la terre pour le courant même quand la branche de cou- rant passant par l'allumeur est momentanément interrompue.
Au lieu de se servir de la résistance de chauffage H, on peut aussi employer l'étinoelle électrique qui se forme sur une petite distance entre A1 et A2 par suite de la poussée do cou- rant i ( allumeur à étincelle ). La ohaleur dégagée par l'étin- oelle enflamme également la substance explosive P, oc qui libère une quantité d'énergie abondante pour le dénombrement et éventu- ellement la signalisation.
Coaane autre* exemples de l'utilisation de l'énergie pour actionner un mécanisme compteur et mesurciir, on oitera l@ camp- teur électro-chimique dans lequel l'énergie de l'impulsion de courant est transformée en énergie chimique, par exemple d'ac- cumulateurs et ensuite le compteur électro-optique dans lequel l'énergie électrique des impulsions est transformée en énergie optique, par exemple un écran è luminosité rémanente, qui, char- gé de cette manière, permet d'actionner le oompteur.
La mesure de l'intensité des impulsions de courant au lieu du simple dénombrenent, peut se faire, tout d'abord, en se ser- vant d'un organe mesureur au lieu de l'organe compteur des fi- gures 1 et 2. A cette fin, il suffit simplement d'établir la progression du galet dénombreur du oompteur en fonction de la grandeur de l'énergie des impulsions transformée, de manière, par exemple, qu'une double impulsion de courant corresponde à une double avance du galet du compteur.
On y arrive de façon simple en se servant d'une fine roue à oliquet. Carme, aveo oet- te disposition, le dénombrement du nombre des impulsions est perdu, on doit ou bien actionner en même temps un organe comp- teur et un organe mesureur et, dans ce cas, le galet du comp- teur indique le nombre des impulsions et le galet du mesureur le nombre total des impulsions unitaires, c'est-à-dire, en
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41visant par le nombre des iul.lon.. l' 1nten.I U moyenne dot impulsions, ou bien on doit accoupler le galet conteur et le galet mesureur de manière que pour chaque avance suffisamment grande donnée du galet mesureur sur le galet compteur, une im- pulsion de dénombrement soit Indiquée.
La mesure de. impulsions de courant d'intensité très dif Trente peut toutefois aussi se faire en actionnant simultané- ment plusieurs instrumenta coeurs construite sur un prinoip quelconque et de sensibilité différente. La figure 4 illustre un exemple de ce dispositif' de mesure dans lequel trois élément
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coeçteurs 6leotrothermiquea sont montés en série. Le premier compteur dénombre, impulsions qui dépassent la valeur 1, le deuxième, celle, qui sont plus élevées que cinq
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unités dimpulaiona et le troisième celles qui sont plus grande que 25 unith d'impulsions. La lecture des galet* dénombreure à trois positions permet de se readre compte de la mani1'esta- tion des impulaions d'intensités différente..
Les réaistances R du genre valve et qui dépendent de la tension empêchent la surcharge des étages de dénombrement les plus sensibles.
La figure 5 Illustre une disposition à plusieurs étagea dans laquelle les étages sont oonstitués non pas par le montre en série d'organe, dénombreurs séparés, mais par montage en parallèle sur de petites sections d'étincelles F. Une petite im- pulsion de courant échauffe uniquement la résistance R1, sans provoquer de décharge de la section d'étincelle F1. Le compteur
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Z, dénombre ces impulaions, Si 1impulsion dépasse une certaine valeur, la section d'étinoelle P1 entre en action, ce qui met la réaiatance R2 en parallèle.. présent, le oompteur Z2 dénom- bre .galant... qui, en méme temps, protège le ocmçteur z 1 contre la surcharge.
Si le courant de poussée continue à oroître,
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F3 entre 4ialement en réaction, ce qui fait fonctionner le comp- teur Z3 et soulage automatiquement les résistances sensibles R1
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et R2. Une dernière petite Motion d'étincelle Fn prend soin, en cas de surcharge du dispositif mesureur, de oourt-oirouiter oe dernier, la disruption d'un isolateur mince, par exemple d'u morceau de papier cernant à indiquer que le phénomène s'est produit. On peut aussi se servir de tubes remplis de gaz au lieu des sections d'étincelle* F1 à F3.
On peut également se servir de compteurs électrodynamique de la manière décrite, pour mesurer les impulsions en formant des ohaines à l'aide d'éléments de sensibilité différente que l'on monte en série ou en parallèle. On donne aux éléments une sensibilité différente par le moyen d'une induotivité de gran- deur différente des bobines ( nombre de spires ) et un écarte- ment différent des bobines. La figure 6 montre une disposition de ce genre comptant deux éléments.
Enfin, il est possible également d'actionner plusieurs compteurs de sensibilité différente à l'aide d'un organe trans- formateur d'énergie unique, comme l'illustre par exemple la fi- gure 2 dans laquelle le compteur unique Z est remplacé par trois compteurs Zl ,Z2 et Z3 de sensibilité différente ( par exemple 1, 5 et 25 unités d'impulsions ).
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RJ:VENDICATIONS .
1.) Dispositif pour compter et mesurer les impulsions de courant de courte durée ( millionièmes-centièmes de secondes ), caractérisé par le fait que l'on transforme l'énergie électrique des impulsions en une forme d'énergie qui n'est pas électrique et qu'on l'accumule et que l'énergie accumulée est utilisée pour actionner des organes compteurs ou des organes mesureurs ou les deux en même temps.