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La présente invention, système Marcel FIORA, est rela- tive à des dispositifs de protection avec relais électroniques, pour circuits ou appareils alimentés en courant alternatif mono- phasé ou polyphasé. Elle concerne particulièrement, parmi ces dis- positifs, ceux qui utilisent au moins un tube à gaz (thyratron) à cathode froide, comprenant.une anode, une cathode et au moins une anode auxiliaire, l'anode auxiliaire et la cathode (ou deux électrodes auxiliaires), étant utilisées pour provoquer l'amorçage de l'espace principal anode-cathode.
L'invention concerne des dispositifs de protection a@péremétrique ou voltmétrique, à temporisation constante, ou à temperisation inverse, ou encore à fonctionnement Mixte (instan-
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tané et à temporisation constante ou à tempcrisation inverse)
Dans ces dispositifs de protection, le thyratron dent l'amorçage provoque l'ouverture du disjoncteur, est relié., d'une part, par ses deux électrodes d'amorçage à un circuit de commande agencé de façon telle qu'en cas de défaut dans le circuit ou l'ap- pareil à protéger, il s'établisse entre ces deux électrodes, une tension suffisante pour produire leur amorçage, et est relié, d'autre part, par son anode et sa cathode,
à uncircuit d'utilisa- tion qui comprend essentiellement un relais provoquant l'ouverture du disjoncteur et qui est branché aux bornes d'une source auxiliai- re à courant continu. Ces dispositifs sont essentiellemtn caracté- risés en ce qu'une tension redressée, fonction de l'intensité du courant qui parcourt le circuit ou l'appareil à protéger ou de la tension aux bornes dece circuit ou de cet appareil, provoque en cas de défaut l'excitation de l'enroulement d'un relais auxiliaire ce qui détermine la charge d'un condensateur à travers une résistance, ce condensateur étant branché aux bornes des deux électrodes du thyratron dont l'amorçage fait déclencher le disjoncteur,, ledit relais auxiliaire, lorsqu'il est desexcité,
coupant le circuit de charge du condensateur et reliant ce dernier aux bornes d'une autre résistance dans laquelle ilse décharge.
D'autres particularités qui font également partie de l'invention ressortiront de la description qui suit et des dessins ci-annexés, lesquels description et dessins ne sont donnés qu'à titre dexemples.et sans caractère limitatif.
La fig. 1 représente un dispositif de protection ampère métrique à temporisation inverse, pour circuits ou appareils mono- phasés.
La fig. 2 représente un dispositif de protection ampë- remétrique à temporisation constante, pour circuits ou appareil? monophasés,
La fig. 3 représente un autre dispositif de protection @mpèrementrique à temporisation constante, pour circuits ou appa- reils monophasés. '
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La fig. 4 représente un dispositif de protection ampè- remétrique à fonctionnement mixte, soit instantané, soit à tempo- risation constante, soit à temporisation inverse, pour circuitsou appareils monophasés.
La fig. 5 représente un autre dispositif de protection ampèremétrique à fonctionnement mixte, soit instantané, soit à tempo risation constante, pour circuits ou appareils monophasés.
La fig. 6 représente une variante des dispositifs de' protection ampèremétrique précédents.
,La fig. 7 représente une variante des dispositifs pré- cédents, applicable à la protection ampèremétrique des circuits ou appareils triphasés.
Sur la fig. 1 qui représente un dispositif de protec- tion à temporisation inverse, le transformateur 1 ayant son en- roulement primaire 2 monté en série dans le circuit ou l'appareil à protéger fournit, par son enroulement secondaire 3, aux bornes de la résistance réglable 4, une tension fonction du courant primaire.
Cette tension, redressée préférablement mais non exclusivement par un redresseur sec 5, est appliquée aux bornes du condensateur 6.
9 est un relais auxiliaire d'un type quelconque, pos- sédant un enroulement d'excitation 10 et deux contacts mobiles
9a et 9b qui occupent la position représentée sur la figure lorsque l'armature mobile dont ils sont solidaires n'est pas attirée par l'enroulement 10.7 est une résistance en série avec l'enroulement 10, et normalementcourt-circuitée par le contact mobile 9a. La ré- sistance 7 et l'enroulement 10 sont branchés aux bornes du condensa- teur 6.
Un condensateur 14 de capacité C et une résistance réglable 8 de valeur R sont mis en série quand le contact mobile 9b vient sur son contact fixe de gauche, lors du fonctionnement du relais 9; dans ces conditions, le condensateur 14 et la résistance 8 sont branchés aux bornes du condensateur 6. 13 est une résistance à travers la- quelle le condensateur 14 peut se décharger lorsque le contact mo- bile 9b du relais 9 est dans la position représentée sur la figure.
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16 est un thyratron à cathode froide. Ses deux élec- trodes (anode d'amorçage et cathode) sont connectées aux bornes du condensateur 14 par l'intermédiaire d'une résistance de garde 15. Le circuit d'utilisation du thyratron 16 comprend une source auxiliaire à courant continu 17, dont le pôle positif est connec- té avec l'anode du thyratron par 1'intermédiaire, d'une part, d'un relais auxiliaire 18 qui, lorsqu'il est excité, ferme par son contact 18a, le circuit d'un disjoncteur (non représenté), et d'autre part, d'un contact auxiliaire 19 du disjoncteur, et dont le pôle négatif est relié à la cathode, non connectée à la résis- tance 15.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant : t
Quand il n'existe pas de défaut dans le circuit à pro- téger, les contacts mobiles des relais 9 et 18 ainsi que le con- tact auxiliaire 19 du disjoncteur occupent les positions représen- tées sur la figure.
Lorsque survient un défaut, la tension aux bornes du condensateur 6 croit d'une façon pratiquement instantanée et si elle atteint la valeur de fonctionnement du relais 9, les contacts mobiles 9a et 9b de celui-ci viennent sur leurs contacts fixes de gauche. Dans ces conditions, la résistance 7 n'est plus court-cir- cuitée, ce qui réduit le courant d'excitation dans l'enroulement 10 du relais 9 à une valeur juste suffisante pour maintenir les contacts 9a et 9b dans leur nouvelle position. En outr ., le conden- sateur 14 se charge progressivement à travers la résistance 8. Quand la tension aux bornes du condensateur a atteint une valeur déter- minée, il se produit un amorçage entre l'anode d'amorçage et la ca- thode du thyratron 16 qui, par ionisation, rend conductrice l'atmos- phère gazeuse à l'interieur dudit thyratron.
Un courant parcourt le circuit d'utilisation, le relais 18 ferme son contact 18a, ce qui provoque l'ouverture du disjoncteur. L'ouverture du contact auxi- liaire 19 du disjoncteur coupe alors le circuit d'utilisation. - Comme d'autre part, le circuit ou l'appareil à protéger est mis
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hors circuit par le fonctionnement du disjoncteur, le courant cesse de circuler dans le transformateur l, le relais 9 revient à sa posi- tion de repos, et son contact 9b coupe le circuit 8-14 et provoque la décharge du condensateur 14 à travers la résistance 13. Le thyra- tron est complètement désamorce et le dispositif sera de nouveau prêt à fonctionner, lorsque le disjoncteur sera réenclenché.
On a donc réalisa ainsi un dispositif de protection à temporisation inverse, puisque le temps que met la tension aux bornes du condensateur 14 pour atteindre la valeur d'amorçage du thyratron dépend, d'une part, de la constante de temps RC du circuit 8-14 et d'autre part, de la tension appliquée aux bornes de ce cir- cuit, c'est-à-dire, du courant primaire du transformateur 1, de sorte que le temps de fonctionnement du dispositif de protection est d'autant plus court,que cette tension est plus grande, ou en d'au- tres termes, que la surintensité due au défaut dans le circuit ou l'appareil à protéger est plus grande.
Par ailleurs, si le'défaut vient à disparaître, avant que la tension aux bornes du condensateur 14 n'ait atteint la valeur d'amorçage du thyratron, le relais 9 cesse d'être excité, et son contact 9b revenant à sa position de repos permet au condensateur 14 de se décharger à travers la résistance 13. Dans ces conditions, lors de,,l'apparition d'un nouveau défaut, le dispositif conservera la même temporisation puisque la tension aux bornes du condensateur 14 sera redevenue nulle.
La fige 2 qui représente un dispositif de protection à temporisation constante, et où les mêmes nombres ont la même signi- fication que dans la fig. 1, diffère essentiellement de cette der- nière d'une part, par la mise en série, dans le circuit de l'enrou - lement d'excitation 10 du relais auxiliaire 9, d'un tube-éclateur 20 (tube au néon, par exemple), et d'autre part, par le fait que les extrémités du circuit 8-14 sont connectées aux bornes de ce tube éclateur.
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Lorsque survient un défaut, la tension aux bornes du condensateur 6 croît, et dès qu'elle atteint la valeur d'amor- çage du tube 20, un courant parcourt l'enr-oulement d'excitation 10 du relais 9. La valeur de ce courant est telle qu'elle fait fonctionner le relais 9. On sait que la tension aux bornes d'un tube-éclateur, placé dans un circuit comportant une résistance, demeure constante, tant que ce tube-éclateur fonctionne; il s'ensuit que dans le dispositif suivant fige 2, la tension appli- quée au circuit 8-14 est constante. Par conséquent, le temps que met la tension aux bornes du condensateur'14 pour atteindre la tension d'amorçage du thyratron 16 est uniquement fonction de la constante de temps R C du circuit 8-14. On a donc réalisé ainsi un dispositif de protection à temporisation constante.
La fige 2 comprend en outre une modification du relais auxiliaire 18. Cette modification consiste à munir ce relais, en plus de son contact 18a qui commande le circuit du disjonc- teur, d'un deuxième contact 18b. Ce contact, lorsqu'il est fermé, met la résistance 21 en parallèle avec le circuit anode- cathode du thyratron 16, de sorte que le courant qui parcourt l'enroule- ment d'excitation du relais 18 n'est plus en totalité fourni par le thyratron. Cette disposition peut, bien entendu, être utilisée dans le montage de la fige 1.
La fig. 3 où les mêmes nombres ont la même significa- tion que dans la fig. 2 est une variante de l'invention, repré- sentant un dispositif de protection ampèremétrique à temporisa- tion constante.
La tension aux bornes de la résistance 4, redressée par le redresseur 5, est appliquée aux bornes extrêmes d'un potentiomètre 24. L'enroulement d'excitation 10 du relais auxi- liaire 9, en série avec le circuit anode-cathode d'un thyratron à cathode froide 22, est relié à la source auxiliaire à courant continu 17. L'anode d'amorçage du thyratron 22 est connectée, par l'inter@édiaire d'une résistance ae garde 25, à la prise
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variable 24a du potentiomètre 24. On peut faire ainsi varier la tension entre l'anode d'amorçage et la cathode du thyratron 22 et régler son fonctionnement pour une valeur déterminée de la tension existant aux bornes extrêmes du potentiomètre 24.
Un circuit oscillant composé d'une inductance 26 et d'un condensa- teur 27, est connecté entre l'anode et la cathode du thyratron 22, à laquelle est aussi relié le pale négatif de la source auxi- liaire à courant continu 17.
Un circuit composé d'un tube-éclateur 23, en série avec une résistance 28 et le contact 9a du relais 9, est branché aux bornes de la source auxiliaire 17, quand 9a est sur son contact de gauche.
Le circuit : résistance 8 - contact 9b - condensateur 14 est connecté aux bornes du tube-éclateur 23, quand 9b est sur son contact de gauche.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant Quand il n'existe pas de défaut dans le circuit à protéger, les contacts mobiles des relais 9 et 18 ainsi que le contact auxiliaire 19 du disjoncteur occupent les positions représentées sur la figure.
Lorsque survient un défaut, la tension aux bornes du potentiomètre 24 croit d'une façon pratiquement instantanée.
Si elle atteint une valeur telle que l'anode d'amorçage et la cathode du thyratron à cathode froide 22 s'amorcent, l'espace principal anode-cathode de ce thyratron devient conducteur et un courant fourni par la source auxiliaire 17 traverse ce thy- ratron ainsi que l'enroulement d'excitation 10 du relais 9. Les contacts 9a et 9b de ce relais viennent alors occuper la position de gauche de la figure. Dans ces conditions, si la tension de la source auxiliaire 17 a une valeur appropriée, le tube-écla- teur 23 s'amorce et la tension stabilisée existant à ses bornes, est appliquée au circuit 8-14, de sorte que le condensateur 14 se charge à tension constante, à travers la résistance 8.
Quand
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la. valeur de la tension aux bornes du condensateur 14 a atteint ;;ne valeur déterminée, le thyratron à cathode froide 16 s'amor@@ et un courant fourni par la source auxiliaire 17 travers l'en- roulement d'excitation du relais 18 qui, par la fermeture de son contact 18a provoque le fonctionnement du disjoncteur du circuit à protéger . L'ouverture du contact 19 du disjoncteur coupe alors le circuit d'excitation du relais 18 et provoque le désamorçage du thyratron 16.
Le circuit ou l'appareil à protéger étant mis hors circuit par le fonctionnement du disjoncteur, la tension aux bornes extrêmes du potentiomètre 24 est devenue nulle. Le désa- morçage du thyratron 22 est provoqué périodiquement, dès le début de son fonctionnement, par l'intermédiaire du circuit oscil- lant 26-27, En effet, l'amorçage du thyratron 22 provoque des oscillations de tension dans le circuit 26-27, à la fréquence d'accord de ce-circuit. Les alternances négative de ces oscilla-
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tions provoquent 3.e s,r,.ae du thyratron 22 =ais . tant que l'anode d'amorçage-et la cathode restent amorcées, les alternances positives rétablissent le réamorçage de l'espace principal anode- cathode. Toutefois, le relais 9 ne peut suivre les variations très rapides du courant d'anode dudit thyratron, de sorte qu'il reste excité.
Quand la tension aux bornes extrêmes du potentio- mètre 24 est devenue nulle ou insuffisante pour que l'amorçage se rétablisse entre l'anode d'amorçage et la cathode, le courant cesse complètement de circuler dans l'espace principal du thyra- tron 22, qui s'éteint. Par suite de cette extinction, le relais 9 n'est plus excité, ses contacts 9a et 9b reviennent à leurs positions représentées sur la figure, le circuit du tube-écla- teur 23 est coupé et le condensateur 14 se décharge aussitôt dans la résistance 13.
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Le f:mctionne.:lent du dispositif selon, la fig, 3s tel qu'il vient >i'01,iii décrit, n'est possible que si la tension 'd.'4Ut\cr-ç.ege <111 tIJ.1Je-:;cla.teur S3 est inf';rÜnu't7} à 111. 1;<=1>;;,1,,>n da
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la source auxiliaire 17 dont on dispose, et supérieure à la ten- sion d'amorçage du tube 16. Lor-sque cette condition n'est pas remplie, il peut être fait usage des dispositifs selon les fige ,4 ou 5, qui sont deux autres variantes de l'invention etrepré- sentent des dispositifs de protection d'appareils ou de circuits, à fonctionnement mixte. Ces dispositifs fonctionnent soit à temporisation constante ou à temporisation inverse, soit d'une manière instantanée, si le défaut est supérieur à une valeur prédéterminée et réglable à volonté.
En outre, il n'est pas nécessaire dans. ces deux dispositifs, que la tension de la source auxiliaire 17 soit supérieure à la tension d'amorçage du tube-éclateur 23 utilisé en régulateur de tension, comme dans le dispositif selon la fig. 3.
Dans le dispositif représenté par la fig. 4 où les @ mêmes nombres ont la même signification, que dans la fig. 3, la tension qui est appliquée au circuit : résistance 28- tube-écla- teur 23, est celle qui existe aux bornes extrêmes du poten- tiomètre 24. Un circuit : condensateur 30- résistance 31, est mis en dérivation aux bornes du tube 23. Aux bornes du tube 23, sont également branchés en dérivation, un circuit comprenant une résistance 29 et le contact 9a du relais auxiliaire 9, et un autre circuit comprenant la résistance réglable 8, le contact 9b dudit relais et le condensateur 14.
L'anode d'amorçage du thyratron 16, qui est en série avec la résistance de garde 15, est connectée par le contact 9c du relais auxiliaire 9, soit à la prise 24b du potentiomètre 24, lorsque le relais 9 est au repos, soit au condensateur 14, lors- que la bobine 10 du relais 9 est excitée.
Lorsqu'un défaut de très grande importance survient dans le circuit à protéger, la tension qui apparait entre les bornes 24b et 24c du potenticmètre 24 provoque instantanément un amorçage entre l'anode d'amorçage et la cathode du thyra- tron 16, ce qui a pour effet, comme on l'a déjà expliqué, de
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permettre le passage du courant dans l'espace principal de ce thyratron, donc d'exciter immédiatement le relais 18 qui, par la fermeture de son contact 18a, fait fonctionner sans tempori- sation le disjoncteur du circuit à protéger.
Si par'contre, le défaut, tout en atteignant une va- leur supérieure ou égale à celle qu'on a prédéterminée, n'est pas suffisamment important pour provoquer le fonctionnement instantané du dispositif de protection, tel qu'on vient de le décrire, la tension qui apparait alors entre les points 24a et 24c du potentiomètre 24, et qui est appliquée entre l'anode d'amorçage et la cathode du thyratron 22, fait amorcer un arc. entre celles-ci, ce qui a pour effet de provoquer le fonctionne- ment du dispositif d'une manière identique à celle décrite pour la variante selon la fig. 3. Dans ce cas, l'excitation de la bobine du relais auxiliaire 9, a notamment pour effet, de mettre hors circuit la résistance 29 qui se trouvait auparavant connectée aux bornes du tube-éclateur 23, ce qui provoque l'allumage de ce tube.
Le réglage des éléments constitutifs des circuits est, en effet tel, qu'au moment où 1' amorçage se produit entre l'anod d'amorçage et la cathode du thyratron 22, la: tension appliquée au tube éclateur 23 est suffisante pour-provoquer son allumage, La tension appliquée alors au circuit résistance 8 - condensa- teur 14 est constante grâce, d'une part, à la propriété régula- trice du tube-éclateur 23 et, d'autre part, à l'action filtrante du circuit :condensateur 30 - résistance 31.
Il s'ensuit que la temporisation n'est définie que par le produit RC des valeurs respectives de la résistance 8 et du condensateur 14, et est par conséquent, indépendantede l'importance du défaut. on voit encore sur la fig, 4, .une barrette 32 qui assure la jonction entre Je tube-éclateur 23 et l'extrémité néga- tive 24c du potentiomètre 24. Il est évident qu'en démontant cette barrette, on interrompt le circuit du tube 23 qui ne peut plus s'allumer et, par suite, assurer la régulation de la tension
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appliquée au circuit résistance 8- condensateur 14. Dans ce cas, le dispositif fonctionne en relais à temporisation inverse, comme le dispositif selon fige l, puisque la temporisation dépend de l'importance du défaut et selon une loi variant en sens inverse de celle-ci.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 5, où les mêmes nombres ont la même signification que dans les figures
3 et 4, la tension qui est appliquée, lors de l'excitation de la bobine 10 du relais auxiliaire 9, au circuit : résistance 28- tube-éclateur 23, est la somme de la tension de la source auxi- liaire 17 det de celle apparaissant au moment du fonctionnement du thyratron 22, aux bornes de l'enroulement secondaire 35 du transformateur 33, dont l'enroulement primaire 34, connecté en série avec le condensateur 27, joue le même rôle que l'induc- tance 26 des dispositifs selon les fig. 3 et 4. Un redresseur 36, d'un type quelconque, assure le redressement, dans le même sens que celui de la source auxiliaire 17, de la tension aux bornes de l'enroulement 35.
Le fonctionnement de ce dispositif est donc le même que celui selon fig. 4, décrit précédemment.
Toutefois, il n'est pas possible d'obtenir avec ce schéma, un relais à temporisation inverse, puisque la tension appliquée au tube-éclateur 23 n'est aucunement fonction de l'importance du défaut.
Dans les dispositifs des fig. 1 à 5, le réglage de l'intensité du courant pour laquelle se produit l'amorçage du thyratron 22, s'effectue au moyen d'une résistance variable 4, aux bornes de laquelle est appliquée la totalité de la tension de l'enroulement secondaire 3 du transformateur 1.
On peut avoir intérêt, afin de constituer cette résis- tance par un rhéostat dont le fil sera plus gros, donc plus robuste et moins coûteux, que dans les dispositifs précédents, à ne pas lui appliquer la totalité de cette tension. A cet effet, on disposera de préférence, comme indice sur la fig. 6,
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qui représente partiellement une variante du dispositif de ?. fig. 4, une prise intermédiaire 3a sur l'enroulement secondai. du transformateur 1, sur laquelle sera connectée une extrémit@ de la résistance 4, les autres parties du schéma étant rigour sèment les mêmes que sur la fig. 4.
On peut,aussi, dans le même but, utiliser une résir- tance fixe 4 et réaliser plusieurs prises.intermédiaires sur l'enroulement secondaire 3 du transformateur 1. On choisira à volonté l'une d'elles pour y connecter une extrémité de cette résistance 4.
Les dispositifs représentés dans les fig. 1 à 5 per- mettent également de réaliser des protections voltmétriques.
Dans ce but, l'enroulement primaire 2 du transformateur 1 est connecté aux bornes du circuit ou de l'appareil à protéger et la résistance variable 4 est remplacée par un potentiomètre.
La fige 7 représente partiellement un mode de réalisa- tion de 1'objet de l'invention applicable à la protection ampère- métrique de circuits ou appareils triphasés. Elle ne diffère du dispositif selon fig. 4,. que par le circuit d'alimentation du potentiomètre 24. On voit en X, Y, Z, les trois circuits tripha- sés qur lesquels sont respectivement connectés en série, les primaires 2, 2', 2" des transformateurs l,' l', 1"; les secon- 4aire 3, 3', 3" de ceux-ci sont branchés respectivement sur les trois résistances réglables 4, 4', 4".
Des redresseurs 5, 5', 5", préférablement- mais non exclusivement- du type "redresseur sec", sont branchés respecti- vement aux bornes des résistances 4, 4', 4" et sont tous les trois connectés, par leurs bornes de sortie, aux extrémités ae l'unique potentiomètre 24.
Sur la fig. 7 où les mêmes nombres ont la même signi- flcation que dans les figures précédentes, on n'a représenté qu'une partie au dispositif qui, à l'exception de ce qui pré- c'de, est rigoureusement semblable à celui selon fig. 4.
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Le fonctionnement de cette variante est évidemment le même que celui du dispositif selon fig. 4. Dès que l'intensité du courant circulant dans l'un quelconque ou, simultanément, dans plusieurs des conducteurs X, Y ou Z, atteint une valeur prédéterminée, et selon la valeur de cette intensité, ce dispo- sitif fonctionne, soit instantanément, soit à temporisation constante, ou encore - si l'on a préalablement débranché la barrette 32 - à temporisation inverse, comme cela à été indiqué pour la fig. 4.
Le montage des redresseurs 5, 5', 5" représenté sur la fige 7 est un montage en "pont", mais il est évident que tout autre montage de redressement connu, peut également être employé.
Le schéma de montage qui conviendrait à la protection d'un circuit ou d'un appareil polyphasé d'un nombre quelconque de phases, découle duschéma selon fig. 7.
Cette disposition pour circuits ou appareils polyphasés peut être, bien entendu, combinée avec tous les modes de réalisa- tion de l'invention représentés et décrits qui concernent des protections pour circuits ou appareils monophasés.
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The present invention, the Marcel FIORA system, relates to protection devices with electronic relays, for circuits or devices supplied with single-phase or polyphase alternating current. It particularly concerns, among these devices, those which use at least one cold cathode gas tube (thyratron), comprising an anode, a cathode and at least one auxiliary anode, the auxiliary anode and the cathode (or two auxiliary electrodes), being used to cause the ignition of the main anode-cathode space.
The invention relates to perimetric or voltmetric protection devices, with constant time delay, or inverse temper, or even Mixed operation (instantaneous).
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tane and constant time delay or reverse time)
In these protection devices, the thyratron tooth ignition causes the opening of the circuit breaker, is connected., On the one hand, by its two starting electrodes to a control circuit arranged in such a way that in the event of a fault in the circuit or the device to be protected, a sufficient voltage is established between these two electrodes to produce their ignition, and is connected, on the other hand, by its anode and its cathode,
to a user circuit which essentially comprises a relay causing the circuit breaker to open and which is connected to the terminals of an auxiliary direct current source. These devices are essentially characterized in that a rectified voltage, a function of the intensity of the current flowing through the circuit or the device to be protected or of the voltage at the terminals of this circuit or of this device, in the event of a fault. the excitation of the winding of an auxiliary relay which determines the charge of a capacitor through a resistance, this capacitor being connected to the terminals of the two electrodes of the thyratron, the ignition of which causes the circuit breaker to trip, said auxiliary relay , when he is de-excited,
cutting the capacitor charge circuit and connecting the latter to the terminals of another resistor in which it discharges.
Other features which also form part of the invention will emerge from the following description and from the appended drawings, which description and drawings are given only by way of example and without a limiting nature.
Fig. 1 shows a metric amperes protection device with inverse time delay, for single-phase circuits or devices.
Fig. 2 shows an amperometric protection device with constant time delay, for circuits or apparatus? single phase,
Fig. 3 shows another constant time-delay device for single-phase circuits or devices. '
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Fig. 4 shows an amperometric protection device with mixed operation, either instantaneous, or with constant delay, or with inverse delay, for single-phase circuits or devices.
Fig. 5 shows another amperometric protection device with mixed operation, either instantaneous or with constant delay, for single-phase circuits or devices.
Fig. 6 shows a variant of the previous amperometric protection devices.
, Fig. 7 shows a variant of the above devices, applicable to the amperometric protection of three-phase circuits or devices.
In fig. 1 which represents a protection device with inverse time delay, the transformer 1 having its primary winding 2 mounted in series in the circuit or the device to be protected supplies, by its secondary winding 3, to the terminals of the adjustable resistor 4 , a voltage as a function of the primary current.
This voltage, rectified preferably but not exclusively by a dry rectifier 5, is applied to the terminals of the capacitor 6.
9 is an auxiliary relay of any type, having an excitation winding 10 and two movable contacts
9a and 9b which occupy the position shown in the figure when the movable armature to which they are integral is not attracted by the winding 10.7 is a resistor in series with the winding 10, and normally short-circuited by the movable contact 9a . The resistor 7 and the winding 10 are connected to the terminals of the capacitor 6.
A capacitor 14 of capacity C and an adjustable resistor 8 of value R are placed in series when the movable contact 9b comes to its fixed left contact, during the operation of the relay 9; under these conditions, the capacitor 14 and the resistor 8 are connected to the terminals of the capacitor 6. 13 is a resistor through which the capacitor 14 can discharge when the movable contact 9b of the relay 9 is in the position shown on the figure.
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16 is a cold cathode thyratron. Its two electrodes (starting anode and cathode) are connected to the terminals of the capacitor 14 by means of a guard resistor 15. The use circuit of the thyratron 16 comprises an auxiliary direct current source 17, of which the positive pole is connected with the anode of the thyratron by the intermediary, on the one hand, of an auxiliary relay 18 which, when energized, closes by its contact 18a, the circuit of a circuit breaker ( not shown), and on the other hand, of an auxiliary contact 19 of the circuit breaker, and whose negative pole is connected to the cathode, not connected to resistor 15.
The operation of this device is as follows: t
When there is no fault in the circuit to be protected, the moving contacts of relays 9 and 18 as well as the auxiliary contact 19 of the circuit breaker occupy the positions shown in the figure.
When a fault occurs, the voltage at the terminals of the capacitor 6 increases practically instantaneously and if it reaches the operating value of the relay 9, the movable contacts 9a and 9b thereof come to their left fixed contacts. Under these conditions, resistor 7 is no longer short-circuited, which reduces the excitation current in winding 10 of relay 9 to a value just sufficient to keep contacts 9a and 9b in their new position. In addition, the capacitor 14 is gradually charged through the resistor 8. When the voltage across the capacitor has reached a determined value, an ignition occurs between the starting anode and the cathode. thyratron 16 which, by ionization, makes the gaseous atmosphere within said thyratron conductive.
A current flows through the user circuit, the relay 18 closes its contact 18a, which causes the circuit breaker to open. The opening of the auxiliary contact 19 of the circuit breaker then cuts the user circuit. - As on the other hand, the circuit or the device to be protected is put
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switched off by the operation of the circuit breaker, the current stops flowing in the transformer 1, the relay 9 returns to its rest position, and its contact 9b cuts the circuit 8-14 and causes the discharge of the capacitor 14 through the resistor 13. The thyroid gland is completely defused and the device will be ready for operation again when the circuit breaker is reset.
A protection device with inverse timing has therefore been produced, since the time taken by the voltage across the terminals of the capacitor 14 to reach the starting value of the thyratron depends, on the one hand, on the time constant RC of circuit 8 -14 and on the other hand, the voltage applied to the terminals of this circuit, that is to say, the primary current of transformer 1, so that the operating time of the protection device is as much shorter, that this voltage is greater, or in other words, that the overcurrent due to the fault in the circuit or the device to be protected is greater.
Moreover, if the fault disappears, before the voltage across the terminals of the capacitor 14 has reached the starting value of the thyratron, the relay 9 ceases to be energized, and its contact 9b returning to its position of. rest allows capacitor 14 to discharge through resistor 13. Under these conditions, when a new fault appears, the device will keep the same time delay since the voltage across capacitor 14 will have become zero again.
Fig. 2 which represents a protection device with constant time delay, and where the same numbers have the same meaning as in fig. 1, differs essentially from the latter on the one hand, by the placing in series, in the circuit of the excitation winding 10 of the auxiliary relay 9, of a spark-gap tube 20 (neon tube, for example), and on the other hand, by the fact that the ends of circuit 8-14 are connected to the terminals of this spark gap tube.
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When a fault occurs, the voltage across capacitor 6 increases, and as soon as it reaches the starting value of tube 20, a current flows through excitation coil 10 of relay 9. The value of this current is such that it causes relay 9 to operate. It is known that the voltage at the terminals of a spark gap tube, placed in a circuit comprising a resistance, remains constant, as long as this spark gap tube operates; it follows that in the following device freezes 2, the voltage applied to circuit 8-14 is constant. Therefore, the time taken by the voltage across capacitor 14 to reach the starting voltage of thyratron 16 is only a function of the time constant R C of circuit 8-14. A constant time delay protection device has therefore been produced.
Fig. 2 further comprises a modification of the auxiliary relay 18. This modification consists in providing this relay, in addition to its contact 18a which controls the circuit of the circuit breaker, with a second contact 18b. This contact, when closed, places resistor 21 in parallel with the anode-cathode circuit of thyratron 16, so that the current flowing through the excitation winding of relay 18 is no longer fully supplied. by the thyratron. This arrangement can, of course, be used in the assembly of the pin 1.
Fig. 3 where the same numbers have the same meaning as in fig. 2 is a variant of the invention, representing an amperometric protection device with constant time delay.
The voltage across the resistor 4, rectified by the rectifier 5, is applied to the end terminals of a potentiometer 24. The excitation winding 10 of the auxiliary relay 9, in series with the anode-cathode circuit of a cold cathode thyratron 22, is connected to the auxiliary direct current source 17. The starting anode of the thyratron 22 is connected, through a guard resistor 25, to the outlet
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variable 24a of potentiometer 24. It is thus possible to vary the voltage between the starting anode and the cathode of thyratron 22 and to adjust its operation for a determined value of the voltage existing at the extreme terminals of potentiometer 24.
An oscillating circuit composed of an inductor 26 and a capacitor 27 is connected between the anode and the cathode of the thyratron 22, to which is also connected the negative blade of the auxiliary direct current source 17.
A circuit composed of a spark gap 23, in series with a resistor 28 and the contact 9a of the relay 9, is connected to the terminals of the auxiliary source 17, when 9a is on its left contact.
The circuit: resistor 8 - contact 9b - capacitor 14 is connected to the terminals of the spark gap 23, when 9b is on its left contact.
The operation of this device is as follows. When there is no fault in the circuit to be protected, the moving contacts of relays 9 and 18 as well as the auxiliary contact 19 of the circuit breaker occupy the positions shown in the figure.
When a fault occurs, the voltage across the potentiometer 24 increases almost instantaneously.
If it reaches a value such that the starting anode and the cathode of the cold cathode thyratron 22 are ignited, the main anode-cathode space of this thyratron becomes conductive and a current supplied by the auxiliary source 17 passes through this thy - Ratron as well as the excitation winding 10 of the relay 9. The contacts 9a and 9b of this relay then come to occupy the left position of the figure. Under these conditions, if the voltage of the auxiliary source 17 has an appropriate value, the burst tube 23 is ignited and the stabilized voltage existing at its terminals is applied to the circuit 8-14, so that the capacitor 14 charges at constant voltage, through resistor 8.
When
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the. value of the voltage at the terminals of the capacitor 14 has reached ;; a determined value, the cold cathode thyratron 16 is absorbed and a current supplied by the auxiliary source 17 through the excitation winding of the relay 18 which , by closing its contact 18a causes the circuit breaker of the circuit to be protected to operate. The opening of the contact 19 of the circuit breaker then cuts the excitation circuit of the relay 18 and causes the deactivation of the thyratron 16.
The circuit or the device to be protected being switched off by the operation of the circuit breaker, the voltage at the end terminals of the potentiometer 24 has become zero. The deactivation of thyratron 22 is caused periodically, from the start of its operation, by means of the oscillating circuit 26-27. In fact, the starting of the thyratron 22 causes voltage oscillations in circuit 26- 27, at the tuning frequency of this circuit. The negative alternations of these oscillated
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tions cause 3.e s, r, .ae of thyratron 22 = ais. as long as the priming anode and the cathode remain primed, the positive half-waves re-start the main anode-cathode space. However, the relay 9 cannot follow the very rapid variations of the anode current of said thyratron, so that it remains energized.
When the voltage at the extreme terminals of potentiometer 24 has become zero or insufficient for the ignition to be reestablished between the starting anode and the cathode, the current completely ceases to flow in the main space of the thyra- tron 22 , which turns off. As a result of this extinction, the relay 9 is no longer energized, its contacts 9a and 9b return to their positions shown in the figure, the circuit of the burst tube 23 is cut and the capacitor 14 is immediately discharged in the resistor. 13.
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The operation of the device according to, fig, 3s as it comes> i'01, iii described, is only possible if the voltage 'd.'4Ut \ cr-ç.ege <111 tIJ .1Je - :; cla.teur S3 is inf '; rÜnu't7} to 111. 1; <= 1> ;;, 1 ,,> n da
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the auxiliary source 17 available, and greater than the starting voltage of the tube 16. Lor-sque this condition is not met, it can be made use of the devices according to figs, 4 or 5, which are two other variants of the invention represent devices for protecting devices or circuits, with mixed operation. These devices operate either with a constant time delay or an inverse time delay, or instantaneously, if the fault is greater than a predetermined value and adjustable at will.
Also, it is not necessary in. these two devices, that the voltage of the auxiliary source 17 is greater than the starting voltage of the spark gap 23 used as a voltage regulator, as in the device according to FIG. 3.
In the device represented by FIG. 4 where the same numbers have the same meaning, as in fig. 3, the voltage which is applied to the circuit: resistor 28- tube-burst 23, is that which exists at the extreme terminals of the potentiometer 24. A circuit: capacitor 30- resistor 31, is put in bypass at the terminals of the tube. 23. At the terminals of the tube 23, are also connected in bypass, a circuit comprising a resistor 29 and the contact 9a of the auxiliary relay 9, and another circuit comprising the adjustable resistor 8, the contact 9b of said relay and the capacitor 14.
The starting anode of thyratron 16, which is in series with guard resistor 15, is connected by contact 9c of auxiliary relay 9, either to socket 24b of potentiometer 24, when relay 9 is at rest, or to the capacitor 14, when the coil 10 of the relay 9 is energized.
When a fault of very great importance occurs in the circuit to be protected, the voltage which appears between the terminals 24b and 24c of the potentiometer 24 instantly causes an ignition between the starting anode and the cathode of the thyra- tron 16, which has the effect, as has already been explained, of
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allow current to flow through the main space of this thyratron, thus immediately energizing relay 18 which, by closing its contact 18a, causes the circuit breaker of the circuit to be protected to operate without delay.
If, on the other hand, the fault, while reaching a value greater than or equal to that which has been predetermined, is not sufficiently large to cause the instantaneous operation of the protection device, as has just been described. , the voltage which then appears between the points 24a and 24c of the potentiometer 24, and which is applied between the starting anode and the cathode of the thyratron 22, causes an arc to be struck. between these, which has the effect of causing the device to operate in a manner identical to that described for the variant according to FIG. 3. In this case, the excitation of the coil of the auxiliary relay 9 has the particular effect of switching off the resistor 29 which was previously connected to the terminals of the spark-gap tube 23, which causes the ignition of this. tube.
The setting of the constituent elements of the circuits is, in fact, such that at the moment when the ignition occurs between the starting anod and the cathode of the thyratron 22, the voltage applied to the spark gap 23 is sufficient to cause its ignition, The voltage then applied to the resistor 8 - capacitor 14 circuit is constant thanks, on the one hand, to the regulating property of the spark gap 23 and, on the other hand, to the filtering action of the circuit : capacitor 30 - resistor 31.
It follows that the time delay is defined only by the product RC of the respective values of the resistor 8 and of the capacitor 14, and is therefore independent of the magnitude of the fault. We can also see in fig, 4, a bar 32 which provides the junction between the spark gap 23 and the negative end 24c of the potentiometer 24. It is obvious that by removing this bar, the circuit of the spark gap is interrupted. tube 23 which can no longer light up and therefore regulate the voltage
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applied to the resistor 8-capacitor circuit 14. In this case, the device operates as an inverse time delay relay, like the device according to fig 1, since the time delay depends on the magnitude of the fault and according to a law varying in the opposite direction to that. this.
In the device shown in FIG. 5, where the same numbers have the same meaning as in the figures
3 and 4, the voltage which is applied, during the excitation of the coil 10 of the auxiliary relay 9, to the circuit: resistor 28- spark-gap tube 23, is the sum of the voltage of the auxiliary source 17 det of that appearing at the time of operation of the thyratron 22, at the terminals of the secondary winding 35 of the transformer 33, whose primary winding 34, connected in series with the capacitor 27, plays the same role as the inductance 26 of the devices according to fig. 3 and 4. A rectifier 36 of any type ensures the rectification, in the same direction as that of the auxiliary source 17, of the voltage across the terminals of the winding 35.
The operation of this device is therefore the same as that according to FIG. 4, described above.
However, it is not possible to obtain with this diagram, an inverse time delay relay, since the voltage applied to the spark gap 23 is in no way a function of the magnitude of the fault.
In the devices of FIGS. 1 to 5, the adjustment of the intensity of the current for which the ignition of thyratron 22 occurs, is carried out by means of a variable resistor 4, to the terminals of which is applied the entire voltage of the winding secondary 3 of transformer 1.
It may be advantageous, in order to constitute this resistance by a rheostat whose wire will be larger, and therefore more robust and less expensive, than in the preceding devices, not to apply all of this voltage to it. For this purpose, preferably, as an index in FIG. 6,
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which partially represents a variant of the? device. fig. 4, an intermediate socket 3a on the second winding. of transformer 1, to which one end of resistor 4 will be connected, the other parts of the diagram being strictly the same as in FIG. 4.
It is also possible, for the same purpose, to use a fixed resistor 4 and make several intermediate taps on the secondary winding 3 of transformer 1. One of them can be chosen at will to connect one end of this. resistance 4.
The devices shown in fig. 1 to 5 also allow the creation of voltmeter protections.
For this purpose, the primary winding 2 of transformer 1 is connected to the terminals of the circuit or of the device to be protected and the variable resistor 4 is replaced by a potentiometer.
Fig. 7 partially represents an embodiment of the object of the invention applicable to the amperometric protection of three-phase circuits or apparatus. It does not differ from the device according to fig. 4 ,. only by the supply circuit of the potentiometer 24. We see at X, Y, Z, the three three-phase circuits which are respectively connected in series, the primaries 2, 2 ', 2 "of the transformers l,' l ' , 1 "; the auxiliaries 3, 3 ', 3 "of these are connected respectively to the three adjustable resistors 4, 4', 4".
Rectifiers 5, 5 ', 5 ", preferably - but not exclusively - of the" dry rectifier "type, are connected respectively to the terminals of resistors 4, 4', 4" and are all three connected by their terminals. output, at the ends ae the single potentiometer 24.
In fig. 7 where the same numbers have the same meaning as in the previous figures, only part of the device has been shown which, except for what precedes, is strictly similar to that according to fig. . 4.
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The operation of this variant is obviously the same as that of the device according to FIG. 4. As soon as the intensity of the current flowing in any one or, simultaneously, in several of the conductors X, Y or Z, reaches a predetermined value, and according to the value of this intensity, this device operates, either instantaneously. , either with a constant time delay, or again - if the bar 32 has been disconnected beforehand - with an inverse time delay, as has been indicated for FIG. 4.
The assembly of the rectifiers 5, 5 ', 5 "shown in fig 7 is a" bridge "assembly, but it is obvious that any other known rectifier assembly can also be used.
The assembly diagram which would be suitable for the protection of a circuit or a polyphase device of any number of phases, follows from the diagram according to fig. 7.
This arrangement for polyphase circuits or devices can of course be combined with all the embodiments of the invention shown and described which relate to protections for single-phase circuits or devices.