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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.