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RELAIS DETECTEUR DE COURTS-CIRCUITS SUR DES LIGNES
DE TRACTION A COURANT CONTINU.
Il peut arriver, sur les lignes de traction à courant continu qu'un court-circuit se produisant en un point suffisamment éloigne d'une sous-station, détermine dans la ligne un courant qui, bien qu'important, est insuffisant pour provoquer le déclenchement des disjoncteurs de protection.
Un tel court-circuit passe donc inaperçu mais il peut provo- quer, à la longue, des dégâts à la ligne par suite d'échauf- fements supplémentaires dans la caténaire, de l'entretien d'arcs, etc.
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Il existe des relais destines à détecter des court- circuits éloignés, exploitant le fait qu'en général, l'ac- croissement brusque du courant dans la ligne, résultant d'un court-circuit, est plus important que les accroissements de courant résultant de faits d'exploitation. Ces relais fonc- tionnent sous l'action du courant secondaire d'un transfor- mateur spécial dont le primaire est parcouru par le courant de ligne et dont le secondaire fournit un courant dont l'am- plitude maximum est sensiblement proportionnelle à l'accrois- sèment du courant primaire.
Ces relais connus ne donnent toutefois pas entière satisfaction car, d'une part, ils restent Insensibles à dea court-circuits particulièrement éloignes et, d'autre part, ils risquent de provoquer des déclenchements intempestifs pour des courants résultant d'une exploitation intensive.
Le relais suivant la présente invention est exempt de ces inconvénients} il possède une sélectivité aux court-circuits beaucoup plus poussée, Sa conception est basée sur le fait qu'un courant de court-circuit est caractérisé non seulement par l'accroissement de courant, en valeur ab- solue, qu'il détermine dans la ligne mais également par la vitesse d'établissement de cet accroissement de courant, cet-! te dernière se situant, à valeur absolue égale de l'accrois- sèment, dans un domaine nettement différent de celles corres- pondant aux cas normaux d'exploitation.
Le relais suivant l'invention mesure la valeur absolue de l'accroissement du courant de ligne et la vitesse
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d'établissement de cet accroissement et il ne fonctionne que lorsque les résultats de ces deux mesures franchissent simul- tanément des seuils prédétermines.
Il est caractérisé en ce qu'il comprend deux circuits électroniques à bascule, à seuil ajustable, le premier sensible à l'amplitude de l'accroisse- ment du courant de ligne et prévu pour fournir un signal de sortie pendant le temps où l'amplitude de cet accroissement dépasse le seuil fixé; le second sensible à l'amplitude de la dérivée du courant de ligne et temporisé de façon à four- nir un signal de sortie pendant un temps suffisamment long après que l'amplitude de cette dérivée a dépassé le seuil fixé, les signaux de sortie de ces deux circuits électron!- ' ques étant appliqués à un circuit logique du type MET- qui agit sur le déclenchement de l'appareillage de protection de la ligne lorsque ces deux signaux non présents simulta- nément.
La description ci-après et lea dessins annexés se rapportent à un exemple particulier de réalisation de l'in- vention.
La figure 1 représente le schéma électrique d'un relais détecteur de courts-circuits sur une ligne de trac- tion à courant continu. Il comprend deux circuits électroni- ques dont les entrées respectives sont attaquées par des ten- nions issues des secondaires de deux transformateurs de cou- rant 1 et 2 dont les primaires, non représentés, sont parcou- rus par le courant continu de la ligne à protéger. Le trans- formateur 1 possède un amortissement suffisant pour que, lors
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d'un accroissement de courant au primaire, l'amplitude maxi- mum de sa tension secondaire puisse être considérée comme étant proportionnelle à cet accroissement.
Le transformateur ! 2 a, au contraire, une faible constante de temps de sorte que la valeur instantannée de sa tension secondaire est sen- siblement proportionnelle à la dérivée du courant primaire.
Les deux circuits électroniques sont alimentés par une source de tension continue 3 obtenue, par exemple, par redressement et filtrage d'une tension alternative.
La tension secondaire du transformateur 1, prise sur un diviseur de tension constitué de deux résistances 101 : et 102, attaque l'entrée du premier circuit électronique constituée par le circuit de base d'un transistron 103 con- tenant une tension ajustable de prépolarisation prise aux bornes d'une résistance variable 104 alimentée, à travers une résistance 105, aux bornes d'une diode Zener 106 stabilisa- trioe alimentée par la source 3 à travers une résistance 107.
Cette tension de prépolarisation, dont le réglage, au moyen de la résistance 104, fixe le seuil de sensibilité du circuit est mise en série avec la tension apparaissant aux bornes d'une résistance 108, alimentée, à travers une résistance 109, par le diviseur de tension du transformateur 1. La ré- sistance 108 est shuntée par une diode Zener 110 qui joue un double rôle: d'une part, elle court-circuite les variations de tension secondaire du transformateur 1 qui correspondent à des accroissements négatifs, c'est-à-dire à des chutes du courant de ligne et, d'autre part, elle limite les tensions
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de sens utile à une valeur maximum de façon à protéger le transistron 103.
La tension de sortie de ce dernier, prise à sa résistance d'émetteur, est appliquée, à travers une résistance 111 et une diode Zener 112, à la base d'un tran- sistron 113 qui, à son tour, attaque une bascule classique équipée de deux transistrons 114 et 115 dont le signal de sortie est amplifié par deux transistrons successifs 116 et 117.
En l'absence de tension à l'entrée du circuit, c'est-à-dire de tension au secondaire du transformateur 1, le transistron 103 est bloqué et le transistron final 117 est débloqué, c'est-à-dire qu'il constitue un court-circuit entre son émetteur et son collecteur. Il est facile A ceux qui sont versés dans ce genre de circuits de contrOler les états des éléments intermédiaires.
Si un brusque accroissement de courant se produit dans la ligne, avec une intensité suffisante, le transistron 103 devient conducteur et son courant d'émetteur prend une valeur fonction de cet accroissement et du réglage de la résistance 104. Lorsque la tension aux bornes de la résis- tance d'émetteur a atteint une valeur suffisante, la diode Zener 112 devient conductrice, le transistron 113 se déblo- que et fait changer d'état la bascule 114- 115 qui, à son tour, par l'intermédiaire du transistron 116, bloque le transistron 117.
Cette situation dure Jusqu'au moment où, l'accroissement du courant de ligne étant stabilisé, la ten- sion au secondaire du transformateur 1, par suite de la
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constante de temps de celui-ci, redescend progressivement d'où il résulte que le seuil de conductibilité de la diode Zener 112 est franchi en sens Inverse et le transistron 117 se débloque à nouveau. Celui-ci s'est donc bloqué pendant . un intervalle de temps durant lequel la tension au secon- daire du transformateur 1 est restée supérieure à une valeur fixée.
Le deuxième circuit électronique, attaqué par la tension secondaire du transformateur 2, est de constitution quasi identique à celle du premier; comme on le voit, les éléments correspondant aux deux circuits sont désignés, à la figure 1, par des repères à trois chiffres dont le pre- mier est 1 pour le premier circuit et 2 pour le second, l'i- dentité des deux autres chiffres impliquant, pour les deux circuits, l'analogie des éléments. Toutefois, la bascule du second circuit, équipée de transistrons 214 et 215, est tem- ' porisée par l'action d'un condensateur 4 de sorte que, lors- qu'elle a changé d'état sous l'action du transistron 213, elle reste dans cette situation un certain temps après que celui-ci est revenu à son état bloqué.
Si donc il se pro- duit un accroissement rapide du courant de ligne, la tension secondaire du transformateur 2 débloquera, suivant le régla- ge de la résistance 204, le transistron 213, par l'intermé. diaire des éléments précédents, la bascule 214 - 215 chan- gera d'état, provoquant le blocage du transistron 217 et ce, pendant un temps fixe, indépendemment de la disparition de la cause initiale, après quoi le transistron 217 reviendra
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à son état débloqué, c'est-à-dire court-circuité, Les ten- sions de sortie des deux circuits électroniques sont appli, quées à un circuit logique du type "ET" comprenant des dio- des 118 et 218 reliées ensemble à un pont raccordé à la sour- ce 3 et comprenant en série une résistance 5, une diode 6 et une résistance 7,
la tension aux bornes de la résistance
5 attaquant le circuit de base d'un transistron 8 suivi d'un transistron 9 qui alimente la bobine d'un relais 10.
Les contacts de celui-ci sont intercalés en série avec la bobine de calibrage 11 du disjoncteur ultra-rapide de pro- tection de la ligne et avec un condensateur 12 chargé, à travers une résistance 13, par une source 14.
Comme on l'a vu plus haut, lorsqu'il n'y a aucune tension aux bornes des secondaires des transformateurs 1 et
2, les transistrons de sortie 117 et 217 des deux circuits électroniques sont débloqués et court-circuitent par consé- quent l'ensemble de la résistance 5 et de la diode 6 en sé- rie, ce qui fait que toute la tension de la source 3 se re- porte sur la résistance 7 ; il n'y a donc pas de tension aux bornes de la résistance 5 d'où il résulte que le transistron
8 est bloqué ; il en est de même du transistron 9 et le re- lais 10 n'est pas excité.
On voit facilement que, pour que ce dernier fonctionne, il faut que les transistrons 117 et
217 soient bloqués simultanément, ce qui ne se produit que si les conditions d'amplitude et de vitesse d'établissement d'un accroissement de courant, caractéristiques d'un court- circuit, sont réunies simultanément.
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La figure 2 illustre ce fonctionnement, La courbe A représente, en fonction du temps, la tension aux bornes du secondaire du transformateur 1 et la courbe B celle aux bor- nes du secondaire du transformateur 2. Les deux circuits électroniques fonctionnent à partir d'un seuil S de ces ten- sions, suppose le mtme pour plus de simplicité. Des que la tension représentée par la courbe B franchit le seuil S, le second circuit électronique fonctionne et son transistron final 217 se bloque, en raison de la temporisation de la bascule 214 - 215, pendant un temps T.
Lorsque, à son tour, la tension représentée par la courbe A franchit le seuil S, le premier circuit électronique fonctionne pendant le temps t où cette tension est supérieure au seuil et le transistron 117 se bloque pendant ce temps t.
La simultanéité de fonctionnement des deux circuits électroniques se produit pendant le temps correspondant à l'aire hachurée, ce qui détermine le déblocage des transis- trons 8 et 9 et le fonctionnements du relais 10 entraînant la décharge du condensateur 12 dans la bobine 11 et le dé- clenchement du disjoncteur ultra-rapide de protection de la ligne.
Moyennant un réglage approprié des résistances va- riables 104 et 204, on obtient le déclenchement de la ligne ' uniquement lorsque les deux conditions caractéristiques du court-circuit sont réunies et le relais reste insensible aux à-coups de courant résultant de l'exploitation normale.
Le relais peut être essayé par introduction, à
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l'entrée des deux circuits électroniques, au moyen de bou- tons-poussoirs 119 et 219, de tensions continues fournies par des sources appropriées 120 et 220.
On peut, bien entendu, apporter des variantes à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus sans sortir du cadre de la présente invention.