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Dispositif de protection ou de surveillance dépendant du sens du courant pour installations à courant alternatif.
Il appartient au domaine connu d'exécuter des manoeu- vres dépendant du sens du courant, telles que le déclenchement de disjoncteurs, l'enclenchement du circuit de courant d'allumage de coupe-circuits à commande à distance et d'appareils analogues, par l'intermédiaire de contacts de couplage, en utilisant des re- lais, par exemple des relais Ferraris. Toutefois, il n'est pas admissible, sans plus, de manoeuvrer des contacts, dans des ex- ploitations exposées au danger d'incendie et d'explosion, de sorte que, dans ce but, ou bien on est obligé de prévoir des dispositions spéciales aux endroits des contacts, ou bien on doit installer les
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dispositifs en des endroits éloignés, ce qui à son tour exige des lignes spéciales.
L'invention a pour objet un.dispositif de protection ou de surveillance (contrôle) dépendant du sens du courant, pour installations à courant alternatif, qui ne nécessite pas d'en- droits de contact spéciaux pour la commande de disjoncteurs et d'appareils analogues. Suivant l'invention, le déclenchement est influencé par la chute de tension alternative dans une bobine de réactance magnétique ou aimantée au préalable par du courant continu et dont la magnétisation est commandée par le courant alternatif de la ligne.
A cet effet, l'alimentation de l'enrou- lement à couran t cohtinu de la bobine de réactance s'opère par deux composantes, dirigées dans le même sens, du courant alter- natif ou de la tension alternative, une de ces composantes, pra- tiquement Invariable, étant fournie par un réseau à courant al- ternatif, et l'autre composante, dépendant du courant et du sens de celui-ci et variable, étant prise sur des réducteurs ou sur des dispositifs équivalents. Les composantes peuvent résulter de plusieurs composantes individuelles, par exemple des trois phases d'un réseau à courant alternatif. Pour obtenir des dé- clenchements en dépendance du déphasage, il est avantageux de déphaser une des composantes par rapport à l'autre à la valeur et dans le sens correspondants.
Afin de réaliser un déclenchement sûr même dans le cas où la tension du réseau est tombée brusque- ment à une valeur- réduite, il est avantageux de prévoir la compo- sante variable notablement plus petite que la composante inva- riable. Dans ce but, le dispositif est conçu de manière à ce que le courant ou la. tension prenant naissance dans les réducteurs ou dans les dispositifs équivalents ne dépasse pas une valeur ma- ximum déterminée. Ceci pourra être obtenu, à titre d'exemple, grâ- ce à l'utilisation de réducteurs de courant d'une construction spéciale, par exemple de réducteurs munis d'entrefers.
Cependant, on peut aussi connecteur en parallèle avec les enroulements se-
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condaires des réducteurs ou des dispositifs analogues, des ré- sistances dépendant de la tension, qui limitent la tension se- condaire à une valeur maximum déterminée. Afin d'empêcher la chu- te de tension se produisant dans l'enroulement à courant alterna- tif de la bobine de réactance saturée de donner lieu à un courant passant par les organes de déclenchement, on connecte parallèle- ment à ces derniers un coupe-circuit qui saute sous l'effet du courant de fonctionnement et enclenche ensuite le dispositif qui doit déclencher. Dans les cas où le déclenchement devra s'opérer seulement avec un certain retard, on se sert à cet effet par exem- ple d'un coupe-circuit à action retardée, d'un déclencheur thermi- que, etc.
Il est avantageux de faire usage, en fait de bobine de réactance d'une bobine dont l'enroulement n'induise pas de tension dans son enroulement à courant continu. Toutefois, dans le but de réduire la dépense, il peut être avantageux, dans certains cas, d'utiliser une bobine de réactance dont l'enroulement à courant alternatif induise, dans l'enroulement à courant continu, une ten- sion alternative qui représente la composante, pratiquement inva- riable, de la tension alternative, de sorte que, pour cette derniè- re, un réducteur spécial n'est pas nécessaire.
L'invention est représentée à titre d'exemple sur les fi- gures 1 à 4 du dessin ci-annexé.
La fig. l montre l'invention en combinaison avec un réseau à courant alternatif monophasé.
La fig. 2 montre un dispositif permettant de réaliser un déclenchement à retardement,
La fig. 3 montre l'application de l'invention à un réseau triphasé, et
La fig. 4 montre un autre mode d'exécution de l'invention.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 1, pour le dé- clenchement en dépendance du sens du courant, d'un coupe-circuit à commande à distance, on a prévu dans un conducteur 10 d'un réseau
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à courant alternatif, un réducteur 11 dont le circuit secondaire est fermé par une résistance 11'. Le réducteur, qui sera utile- ment constitué par un réducteur spécial avec par exemple un entre- fer ou un noyau à masse avec une perméabilité de préférence uni- forme et faible, est conçu- de-manière à ce que la tension apparais- sant sur la résistance 11' soit approximativement proportionnelle à l'intensité de courant traversant le conducteur 10.
Sur le tra- jet du conducteur 10 est également inséré un coupe-circuit 12 à commande à distance, contenant une masse d'allumage 13 dans la- quelle est noyée une résistance d'allumage 14 ou un dispositif analogue.
En vue de l'alimentation de la résistance d'allumage, il est prévu, dans cette disposition, un réseau spécial 15 à courant alternatif, toutefois le réseau surveillé pourra également servir à cet effet. En parallèle avec le réseau à courant alternatif est connecté en série l'enroulement à courant alternatif 16 d'une bo- bine de réactance 17 à magnétisation préalable par du courant con- tinu, et une résistance 18, tandis que la résistance d'allumage 14 est connectée en parallèle avec l'enroulement 16, le cas échéant en série avec une résistance 19. Normalement, la bobine de self 17 est magnétisée au préalable par un enroulement à courant continu 20, de sorte que, normalement, dans la pratique, aucune tension n'appa- rait sur la résistance d'allumage 14.
La magnétisation préalable s'opère par une source de courant à tension pratiquement constante et en combinaison avec la tension apparaissant sur la résistance 11' du réducteur. Comme source de courant d'une tension pratiquement constante, on utilise dans ce cas le réseau à courant alternatif 15, dans la supposition que le réseau 15 soit synchronisé avec le ré- seau surveillé. L'alimentation de l'enroulement 20 se fait directe- ment par un redresseur à deux voies 21, qui est alimenté du côté entrée par le réseau 15 et par la tension se produisant sur la ré- sistance 11' du réducteur, le cas échéant en couplage série avec une résistance de protection 22.
Les connexions sont établies dans ce
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cas de manière à ce que les deux tensions s'additionnent lorsque la puissance est dirigée dans le sens normal, par exemple dans celui- indiqué par la flèche 23, l'alimentation par le réseau 15 seul étant alors suffisante pour la saturation déjà bobine de self 17. Lorsque le courant traversant le conducteur 10 dans le sens normal croît, le courant de saturation circulant dans l'enroulemen 20 augmente, il est vrai; cependant, aucune variation de la tension ne se produit dans les conducteurs 24, 25 en parallèle avec l'en- roulement 16 de la bobine de self. En outre, la bobine de self est dimensionnée, les tensions sont choisies, etc., de telle manière au' il ne se produise pas non plus de modification de la tension quand aucun courant ne passe dans le conducteur 10.
Par contre, si la puissance est transmise dans le sens opposé à celui de la flèche 23, la composante de la tension prenant naissance dans la résistance 11' du réducteur est déphasée de 180 degrés élec- triques et agit en sens inverse de la composante de la tension du réseau 15. De ce fait, la magnétisation préalable, par le courant continu, de la bobine de self 17 est diminue-- par l'en- roulement 20 et une tension apparaît entre les conducteurs 24,25, ou bien il se produit une augmentation de la tension sur la bobine de self. Grâce à un choix judicieux de la tension du réseau 15, du dimensionnement du réducteur 11, des résistances 11' et 19 et de la bobine de self 17, il est facile de provoquer l'allumage de la masse d'allumage 13 pour une valeur déterminée du coursât de retour.
Cependant, par suite de la chute de tension dans l'enrou- lement 16 lorsque la bobine de self est saturée, un courant fai- ble traverse la résistance d'allumage 14. Afin d'empêcher ce pas- sage du courant, on connecte en parallèle avec la résistance 14 un coupe-circuit 26, avantageusement du type à fonctionnement rapide, qui constitue ainsi une dérivation à l'enroulement 16 de la bobine de self. Dans cette disposition, et pour une valeur dé- terminée du courant de retour, le coupe-circuit est amené à sauter
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en premier lieu; après sa destruction, c'est la résistance d'allu- mage qui est mise en circuit.
Or, dans certains cas , il pourra être posé l'exigence que l'allumage se fasse seulement lorsque le courant de retour a sub- sisté pendant un temps déterminé, et avec une valeur déterminée.
Dans un cas pareil, on branche par exemple en parallèle avec la résistance d'allumage 14 un coupe-circuit fusible à déclenchement retardé. Par suite du fonctionnement retardé du coupe-circuit 26, ce dernier fond seulement après que le débit de puissance en retour a existé pendant un intervalle de temps déterminé et avec une va- leur déterminée.
Gn pourra utiliser également, à la place d'un court-circuit à fonctionnement retardé, n'importe quel autre dispositif à action retardée, par exemple des déclencheurs thermiques. Un déclencehur de ce genre est représenté sur la fig. 2. Il consiste en une lamelle en bimétal 28 appliquée normalement contre un contact 27, échauffée par la résistance 29, et qui normalement court-circuite la résis- tance d'allumage 14. Lorsqu'un courant de retour a existé pendant un certain temps, la lamelle en bimétal 28, par suite de son échauf- fement, est séparée après un certain temps du contact 27, de sorte que la résistance 14 est mise sous tension et peut fondre immédia- tement.
Ces mesures, produisant un fonctionnement retardé, convien- nent spécialement au déclenchement sélectif de disjoncteurs, la bo- bine de déclenchement des disjoncteurs étant connectée dans ce cas à l'endroit de la ou des résistances d'allumage.
Il pourra se présenter aussi le cas que le déclenchement devra avoir lieu pour des courants de retour d'une phase déterminée.
Ce sera, à titre d'exemple,le cas lorsqu'un transformateur alimenté d'un seul côté d'un réseau alimenté de plusieurs côtés est décon- necté du côté primaire et prend un courant d'excitation au réseau, c'est à dire en sens opposé à la direction de la flèche 23. Un dis- positif qui convient dans ce but est représenté à la fig. 3 sur un
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réseau triphasé. Dans ce cas, on a intercalé dans les trois con- ducteurs de phases R, S, T, des coupe-circuits 12 à commande à distance, dont les résistances d'allumage, 14, en couplage paral- lèle, sont connectées en parallèle à l'enroulement 16 de la bobi- ne de self.
Afin de réaliser un déclenchement retardé des coupe- circuits 12, on applique également une mesure à retardement, qui consiste en l'occurrence dans le couplage en parallèle d'un coupe circuit à déclenchement retardé avec l'enroulement 16. L'alimen- tation de l'enroulement à courant continu 20 se fait également par l'intermédiaire d'une résistance 22.
D'une manière analogue,à ce qui a lieu pour le mode d'exécution suivant la fig. 1, ceci s'opère par deux tensions, à savoir par la tension d'un transformateur 30 alimenté par le réseau surveillé et en dépendance de la tension apparaissant sur des résistances 31', 32', 33', connectées en parallèle avec des réducteurs 31, 32, 33. L'enroulement primaire 34 est branché sur le réseau triphasé R, S; T, par l'intermédiaire d'un compen- sateur de phases 35, dont le but sera expliqué plus loin. Les trois enroulements secondaires 36, couplés en étoile, sont con- nectés en série avec les secondaires des réducteurs 31,32,33 de la phase correspondante.
De plus, ils sont connectés en série avec des redresseurs de courant 37, 38, 39, de sorte que, seules, les demi-ondes d'une polarité arrivent à l'enroulement 20. En vue de l'aplanissement des ondulations du courant continu, on branche avantageusement un condensateur 40 en parallèle avec l'enroulement 20. Dans ce cas, les connexions des enroulements secondaires 36 par rapport aux résistances 31', 32', 33', des réducteurs 31, 32, 33 sont également prévues de manière à ce que, pour le sens de la puissance représenté par la flèche 23, qui doit être considé- ré comme étant le sens normal de la puissance, les composantes de la tension des enroulements secondaires 36 et des résistances 31', 32', 33',s'additionnent.
Dans ce cas, la tension secondaire du transformateur 30 est telle que, s'il n'existe pas de tension
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aux résistances des réducteurs, la bobine de réactance est satu- rée et il réapparaît pas, pratiquement, de tension dans les con- ducteurs 24,25.
Dans ce mode d'exécution, la bobine de réactance est construite de manière à ce qu'aucune tension provenant de l'en- roulement 16 ne soit Induite dans l'enroulement à courant con- tinu 20. A cet effet, et ainsi que le montre la figure, on a pré- vu deux enroulements 16,16', de la bobine de self, placés sur des noyaux spéciaux, et sur lesquels est bobiné l'enroulement à courant continu 20.
Pour une charge quelconque dans le sens normal de la puissance, le courant continu passant par l'enroulement 20 est augmenté, de sorte que les rapports de tension entre les conduc- teurs 24,25 ne sont pas modifiés. Si, cependant, il s'opère un échange de puissance dans le sens opposé à celui de la flèche 23, la tension aux résistances de réducteurs 31', 32', 33', agit en sens inverse de la tension des enroulements secondaires corres- pondants du transformateur 30. De ce fait, le courant continu passant par l'enroulement 20 se trouve réduit en correspondance, et une tension prend naissance entre les conducteurs 24,25.
Pour une valeur déterminée de cette tension, et lorsque celle-ci a subsisté pendant un certain temps, le coupe-circuit 26 fond, de sorte que la tension apparaissant dans l'enroulement 16 est trans- mise aux résistances d'allumage 14, et provoque ainsi l'allumage de la masse d'allumage 13 et la destruction des conducteurs fu- sibles principaux.
Il peut aussi se produire le cas que le courant de re- tour prenne subitement une valeur tellement élevée que la tension apparaissant aux résistances des réducteurs dépasse la tension secondaire du transformateur 30 et la supprime, au point que la bobine de réactance 17 soit de nouveau complètement saturée. Or, par suite de cette inversion de la puissance, pendant une brève durée, le coupe-circuit à action retardée 26 n'a pas fonctionné.
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Afin d'exclure cette éventualité, les réducteurs 31,32, 33 sont construits, suivant une autre caractéristique de l'invention, à titre d'exemple grâce à l'application d'entrefers, de dériva- tions magnétiques, ou de dispositifs analogues, de manière à ce que la tension apparaissant aux résistances 31', 32', 33' ne puisse dépasser une valeur déterminée. Par contre, la tension secondaire du transformateur 30 reçoit une valeur normale telle que cette tension ne puisse jamais être supprimée complètement par la tension aux résistances des réducteurs.
En outre, la ten- sion secondaire du transformateur 30 est calculée, par rapport à la tension apparaissant eux résistances 31', 32', 33' des réducteurs 31, 32, 33 de manière à ce que, même si la tension du réseau triphasé s'est évanouie en partie, en cas de courants de retour, on puisse obtenir une désaturation suffisante de la bobine de self 17 et, par suite, le fonctionnement du coupe-cir- cuit 26 et l'allumage sur de la masse d'allumage.
.Afin que la tension aux résistances des réducteurs 31', 32', 33' ne dépasse pas une valeur déterminée, des résistances 41 dé- pendant de la tension telles que des résistances Thyrite, pour- ront être couplées en parallèle avec les premières.
A la place de la mise en circuit des résistances d'allumage de coupe-circuits à commande à distance, ce dispositif permet aussi d'effectuer avantageusement le déclenchement de disjoncteurs de puissance et d'appareils analogues. Dans un cas de ce genre, les conducteurs 24, 25, entre lesquels on peut connecter aussi utilement un coupe-circuit à retardement 26 ou un appareil simi- laire, commandent la bobine de déclenchement 42 d'un disjoncteur ou d'un appareil analogue.
Si, par suite d'un courant de retour, il existe dans l'enroulement à courant alternatif 16 pendant un certain temps une tension déterminée, le coupe-circuit 26 ou un dispositif similaire est amené à fonctionner et la pleine tension de l'enroulement 16 apparaît à la bobine de déclenchement 42, dont l'armature 43 est attirée de cette manière et provoque le désencli- quetage ou un autre genre de déclenchement. Le coupe-circuit à re-
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tardement ou un dispositif analogue à fonctionnement retardé n'est naturellement pas nécessaire si le déclenchement du disjoncteur de puissance, du coupe-circuit à commande à distance ou d'un au- tre appareil de ce genre doit avoir lieu sans retardement.
Afin de réduire la dépense occasionnée par le dispositif la bobine de réactance 17 sert, suivant la fig. 4, en même temps de transformateur. Dans ce cas, et contrairement à ce qui a lieu pour la bobine de self utilisée dans le cas de la fig. 3, elle est constituée de telle manière que l'enroulement 16 de la bobine de self induise dans l'enroulement à courant continu 20, par trans- formation, une tension correspondant à la composante à courant al- ternatif qui, dans la disposition suivant la fig. 3, est introduite par le transformateur 30 dans le circuit à courant continu.
L'ali- mentation de la bobine de self 17 se fait, par le réseau surveillé, par l'intermédiaire d'une résistance 18, tandis que la résistance de réducteur 11' est connectée en série dans le sens correspondant avec l'enroulement à courant continu 20, d'une manière analogue et avec le même effet que dans les dispositions suivant les fig.
1 et 3, en ce qui concerne la tension alternative induite' dans l'enroulement 20. En vue du déclenchement des résistances d'allu- mage 14 pour un courant de retour d'une phase déterminée, l'en- roulement 16 de la bobine de self est alimenté par l'intermédiaire du compensateur de phases 44, représenté en trait interrompu, ou bien la tension à le résistance de réducteur 11' est introduite seulement dans le circuit de saturation après déphasage correspon- dant par le compensateur de phase 44' dessiné en trait interrompu.
Naturellement, les deux compensateurs de phases 44,44', peuvent être utilisée simultanément.
Le courant circulant dans l'enroulement 20 lorsque le réseau n'est pas chargé et qui est engendré uniquement par la ten- sion induite dans l'enroulement 20, sature normalement la bobine de réactance de telle manière que le courant passant par le coupe- circuit 26 ne suffit pas pour détruire ce dernier.
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A charge normale du réseau dans le sens de la puis- sance représentée par la flèche 23, la tension à la résistance de réducteur 11' soutient la saturation de la bobine de self, de sorte que la tension se produisant dans l'enroulement 16 de la bobine de self et le courant passant par le coupe-circuit 26 deviennent plus petits.
Toutefois, si le flux du sens de la puissance est opposé à la direction de la flèche, la composante à courant alternatif de la résistance de réducteur 11' agit en sens in- verse de celle de l'enroulement 2C. Par conséquent, le courant redressé traversant l'enroulement 20 diminue, la saturation de- vient plus faible et une tension alternative plus élevée appa- raît dans l'enroulement 16. De ce fait, le courant passant par le coupe-circuit 26 augmente et fait fonctionner finalement ce dernier quand il a atteint une valeur déterminée, après quoi ont lie.u la mise sous tension des résistances d'allumage 14 et l'al- lwnage de la masse d'allumage 13, qui effectuent alors la dé- connexion par la destruction du coupe-circuit 12.
Ce dispositif permet également,grâce à une construc- tion et à un dimensionnement convenables des différentes parties, d'induire dans l'enroulement 16, par l'enroulement 20, une ten- sion, lorsque la tension du réseau fait défaut par suite d'un court-circuit des conducteurs du réseau, de manière à ce que les résistances d'allumage reçoivent également dans des conditions de défaut extrêmes de ce genre, une tension d'allumage, et qu'un déclenchement se produise. Dans ce cas, la tension alternative induite dans l'enroulement 20 consiste, grâce au redresseur in- tercalé dans les demi-ondes d'une polarité de la tension alterna- tive prenant naissance sur la résistance de réducteur 11' lors de surcharges.
Cette dernière disposition agit naturellement pour les deux sens de la puissance.