Installation de protection pour circuits électriques. La présente invention a pour objet une installation de protection pour circuits électriques, du genre dans lequel le courant de décharge d'un dispositif à décharge élec trique est destiné à, commander un interrup teur dans le circuit à. protéger lorsque ledit courant dépasse une valeur prédéterminée, cette installation comportant un dispositif dc commande à action différée comprenant un organe à, résistance électrique à coefficient de température relativement élevé, pour com mander ledit courant @de décharge, la. tem pérature dudit organe à. résistance électrique étant mise sous la.
dépendance de certaines conditions @de fonctionnement électriques prédéterminées @du circuit à protéger, telles que des sauts de courant, des sauts de ten sion brusques, etc., se manifestant dans celui-ci.
Le dessin schématique annexé représente, à titre d'exemple, une série de formes d'exé cution @de l'objet de l'invention: La fig. 1 et le schéma, d'une forme d'exé cution pour un circuit à. courant continu, agissant en dépendance de surcharges;
La fig. 2 est le schéma d'une forme d'exécution pour un circuit à courant con tinu, agissant en dépendance de sous-vol- tages; La fig. 3 est le schéma d'une forme d'exécution pour un circuit à courant con tinu, fonctionnant en dépendance de sous- charges; La fig. 4 est le schéma. d'une forme d'exécution pour un circuit à courant alter natif, agissant en dépendance de surcharges:
La f ig. 5 est une vue similaire d'une forme d'exécution pour un circuit à. cou rant alternatif, agissant en dépendance de survoltages; La fig. 6 est un schéma d'une forme d'exécution pour circuit à courant continu pt à courant alternatif, fonctionnant en dépen dance @de la puissance; Les fi-. 7, 8 et 9 représentent d'autres formes d'exécution, disposées pour agir en dépendance de l'impédance de la partie de circuit comprise entre l'installation et l'en droit on une défectuosité s'est manifestée dans le circuit;
Les fig. 10 et 11 représentent des va riantes des formes d'exécution des fig. 7, 8 et 9, comportant un tube à décharge élec trique à- trois électrodes, tandis que la plu part des formes d'exécution précédentes com portent un tube à décharge électrique à deux électrodes; Les -fig. 12 et 13 sont des vues similaires d'installations fonctionnant en dépendance de courants différentiels.
En se reportant à la fig. 1, un circuit électrique à courant continu 1 renferme un interrupteur 2 muni d'une bobine de déclan- chement 3 commandée par un tube à dé charge électrique 4 relié au circuit. On sup posera dans cet exemple qu'on désire faire déclancher l'interrupteur 2 afin d'interrom pre le circuit lors de la manifestation d'une condition de fonctionnement anormale pré déterminée, telle qu'une surcharge, et que le circuit 1 est relié, d'une part, à une source de courant continu (non représentée), pré vue à l'extrémité de gauche dudit circuit et, d'autre part, à une charge (non représentée) disposée à l'extrémité de droite du circuit.
Le tube à décharge électrique 4 comprend une cathode en filament 8 et une anode 9 enfermées dans une enveloppe close évacuée à un vide élevé ou remplie d'un gaz inerte, tel que du néon ou de l'argon, à. une pres sion prédéterminée. Bien qu'on ait spréco- nisé ici l'emploi d'un tube ou valve ther- mionique ou à cathode à incandescence, tout autre dispositif à décharge électrique poûr- rait aussi être employé.
La cathode 8 du tube à décharge 4 est reliée aux bornes d'un shunt 10 dans le cir cuit 1 en série avec un organe .à résistance électrique variable 1.1 ayant un coefficient de température négatif relativement élevé pour sa résistance, c'est-à-dire dont la résis tance est amenée ià varier dans le sens né- gatif sous l'influence d'une augmentation de température. Un élément de chauffage élec trique 1.2 'est également relié aux bornes du shunt 10 et est disposé en relation thermique intime avec l'organe à résistance électrique 11, afin d'élever la température de celui-ci à une valeur prédéterminée lorsqu'un courant excessif traverse la, dérivation 10.
L'organe à résistance 11 et l'élément de chauffage électrique 12 sont tous les deux pourvus de prises de courant, comme représenté, per mettant de faire varier les caractéristique de fonctionnement de l'installation.
La, valeur de la résistance 11 reliée en série avec la cathode 8 détermine le courant de fonctionnement nécessaire pour chauffer la cathode @à une température d'émission d'électrons,. tandis que la, valeur de la résis tance de l'élément de chauffage électrique 12 comprise entre les bornes du shunt d6ter- mine soit le degré auquel l'organe à résis tance électrique 11 est chauffé à une tempé rature telle que le tube à décharge devienne opératif, soit le retard de l'élément à action différée, si l'organe à résistance électrique 11 est proportionné de telle manière qu'il ne soit pas chauffé de façon appréciable par le courant continu qui le traverse.
La bobine de déclanchement 3 de l'in terrupteur 2 est intercalée entre le pôle posi tif du circuit 1 et l'anode 9 du tube à dé charge électrique 4. La, cathode 8 de celui-ci est reliée au pôle négatif du circuit 1 afin de compléter le circuit de la bobine de dé- clanchement 3. Une résistance 15 est reliée en série avec la bobine de déclanchement 3 pour limiter le courant traversant le tube à décharge et la bobine de déclanchement 3, en dépendance du potentiel du circuit 1.
Lorsque le courant du circuit 1 dépasse une valeur prédéterminée, un courant suffi sant traversera. l'élément de chauffage 12 pour chauffer l'organe à résistance 11 @à la température de fonctionnement. Quand l'or- Crane à résistance 11 atteint une tempéra ture telle que sa résistance spécifique est suffisamment basse, le courant traversant l'organe à résistance -11 et la cathode 8 du tube à décharge 4 sera augmenté et la. ca thode 8 atteindra la température d'émission d'électrons.
L'élément de chauffage 12 peut être supprimé dans certains cas, si l'organe à résistance est proportionné de telle manière qu'il puisse être chauffé par le courant qui le traverse.
Quand la cathode atteint la température d'émission d'électrons, un courant traverse le tube à décharge 4, produisant par là l'ex citation de la bobine de déclenchement 3 et l'ouverture de l'interrupteur 2. En faisant varier la résistance de l'élément de chauf fage 12, on provoque un changement de l'élément de temps en action différée dans le fonctionnement de l'interrupteur, tandis que la variation de résistance dans l'organe à résistance électrique 1.1 provoque un chan gement de la valeur de fonctionnement mi nimum pour faire déclencher l'interrupteur. Ces réglages sont indiqués dans une instal lation où l'interrupteur doit pouvoir être amené à fonctionner sélectivement en dépen dance de certaines exigences particulières.
L'installation de protection peut être appliquée @à des circuits à courant continu ou à courant alternatif et peut être établie de façon .à fonctionner en dépendance des conditions de fonctionnement électrique les plus variées. Les autres figures du dessin en donnent des exemples.
En fig. 2, on a par exemple représenté une forme d'exécution agissant pour provo quer le déclenchement de l'interrupteur 2 à la. suite d'une chute de voltage dans le cir cuit 1. Dans ce cas, la, cathode 8 du tube à décharge électrique 4 est reliée au pôle négatif du circuit 1 et est chauffée par le moyen d'une source de courant 16à potentiel constant en série avec un organe à résis tance électrique 17 ayant un coefficient de température positif relativement élevé pour sa résistance. L'élément de chauffe électri que 12 est ici relié aux bornes du circuit 1 en série avec une résistance limitatrice de courant 18.
Aussi longtemps que le voltage du circuit est normal, l'élément de chauf- fage 12 maintient l'organe à résistance élec trique 17 .à une température élevée telle que la résistance spécifique de celui-ci soit éle vée et que la cathode 8 n'atteigne pas la température d'émission d'électrons.
Mais, dès que le voltage du circuit 1 tombe au- dessous d'une valeur déterminée, l'élément de chauffage 12 et l'organe à résistance 17 passent à une température plus basse et le courant augmenté traversant la cathode 8 chauffe celle-ci à la température d'émission d'électrons., après quoi un courant traver sera le tube -à décharge 4 et la bobine de d'éclanchement 3 pour ouvrir l'interrupteur 2.
Dans la fig. 3, on a représenté une ins tallation de protection dans un circuit à cou rant continu, établie de façon à fonctionner lors d'une charge trop basse et qui comprend sensiblement les .mêmes parties que celles représentées aux fig. 1 et 2, sauf que l'or gane de commande à influence thermique pour commander le courant du tube à dé charge électrique 4 est relié au circuit d'anode de celui-ci. La cathode 8 du tube à décharge 4 est reliée aux bornes du circuit 1 en série avec une résistance limitatrice de courant 20.
Le circuit d'anode du tube @à décharge 4 renferme la cathode 8, l'anode 9, la bobine de déclenchement 3 de l'inter rupteur et un organe à résistance élec trique variable 21 ayant un coefficient de température positif relativement élevé pour sa résistance. Un élément de chauffage électrique 22 est relié aux bornes du shunt 10 et est disposé pour commander la tem pérature de l'organe à résistance 21 en dé pendance -du courant traversant le circuit 1.
Aussi longtemps que le courant traversant le circuit 1 dépasse une valeur prèdétermi- née, la température de l'organe à résistance électrique 21 et celle de l'élément de chauf fage électrique 22 sont tellement élevées qu'un courant insuffisant traverse la. bo bine de déclenchement 3 pour pouvoir faire déclencher l'interrupteur. Cependant, si le courant traversant le circuit diminue suffi samment, les parties 21 et 22 se refroidissent et l'abaissement ide la température de l'or- gave à résistance électrique @21 en fera dimi nuer la résistance à tel point que la bobine de déclanchement 3, qui est en série avec lui, se trouve excitée pour fonctionner.
Bien entendu, la disposition représentée pourrait servir- à la protection du circuit en cas de surcharges, si l'organe à résistance électrique 21 avait un coefficient de température né gatif.
La fig. 4 représente une installation de protection pour un circuit à courant alter natif pour le cas d'une surcharge comme. dans le premier exemple. Dans cette instal lation de la. fig. 4, le tube à décharge élec trique 4 est alimenté de courant du circuit 1 par l'intermédiaire du transformateur de courant 30 qui remplace le shunt 10 utilisé précédemment @dans les circuits à courant continu. Un transformateur auxiliaire 31 est également prévu, qui comporte trois jambes parallèles '32, 33 et 84, sur lesquelles sont montés les enroulements 35, 36 et 37. L'en roulement 35 est relié aux bornes de l'en roulement secondaire du transformateur de courant 30. L'enroulement 36 est relié aux bornes de la cathode 8.
La jambe de trans formateur 33 portant l'enroulement 3.6 pré sente une section transversale rétrécie, comme représenté, de façon qu'elle devient saturée pour des valeurs de courant relati vement basses, afin d'empêcher la possibi lité d'endommager la cathode 8 du tube à décharge 4. L'enroulement 37 est relié au circuit d'anode @du tube à décharge 4 pour constituer une source de courant pour ali menter la bobine de déclanchement 3 de l'interrupteur du circuit.
La. cathode 8 est shuntée par un organe à résistance électrique variable 38 ayant un coefficient de température positif élevé, afin de limiter le courant à travers la .cathode 8, jusqu'à ce que sa, résistance ait changé à une valeur prédéterminée. Un élément de chauf fage électrique 40 est associé à l'organe à résistance électrique '38 et est alimenté de courant par le moyen d'un transformateur saturable 41. Ce .dernier limite le degré de chauffage à une valeur maximum définie et prévoit par là un élément retardateur de temps. minimum défini dans le fonctionne ment de l'installation.
Le potentiel du cir cuit d'anode est de préférence maintenu constant soit par saturation de la jambe 34 du transformateur 31, soit par utilisation d'une source de potentiel séparée, de sorte qu'il n'y aura pas de variations dans le po tentiel & l'anode pour provoquer le fonc tionnement du tube à. décharge.
L'installation de protection de la fi-.<B>5,</B> appliquée à un circuit à courant alternatif, obéit à des conditions de survoltage de celui- ci. Un organe à résistance électrique<B>P</B> ayant un coefficient de température négatif relativement élevé pour sa résistance est relié en série avec la cathode 8 et un élé ment de chauffage électrique 40 associé à l'organe à. résistance électrique 39 est relié en travers -du circuit 1. en série avec l'en roulement 35 du transformateur 31.
Le tube à, décharge électrique 4 est également pourvu de deux anodes 9 qui sont reliées de telle manière à l'enroulement 37 et au cir cuit d'anoid:e qu'il se produit un redresse ment d'onde complet du courant dans ledit circuit. Quand le voltage .aux bornes du cir cuit 1 augmente, l'élément de chauffage électrique 40 chauffe l'organe à résistance électrique 39 de sorte que sa résistance diminue et que le tube à. décharge devient opératif pour provoquer le déclanchement de l'interrupteur 2.
La, fig. 6 représente une installation de protection dans laquelle on se sert d'un relais à courant à sens unique 46, en com binaison avec un tube à décharge électrique 4 qui obéit seulement à. des courants rési duels ou de terre. La cathode 8 du tube à décharge 4 et un enroulement 47 du relais 46 sont reliés au transformateur de courant à connexion en étoile 30 dans le circuit tri phasé 1 de manière à être traversés par un courant quand un courant résiduel ou de terre passe dans les conducteurs du circuit 1. Le second enroulement, 48, du relais 46 est relié aux bornes de l'organe à résistance électrique 49 relié au point neutre d'un trans- formateur auxiliaire 50 et à la terre.
Comme l'alimentation du relais 46 dépend de la rela tion & phase des courants et des enroule ments 47, 48, qui dépendent, à leur tour, de la direction du courant de défaut, le relais 46 se mettra seulement à fonctionner au cas où le passage de courant de la terre se fait dans une direction prédéterminée: Le relais 46 pourrait être à fonctionnement instan tané, mais un élément à action différée se rait alors réalisé par l'emploi du :dispositif à décharge électrique 4, dont les circuits ren ferment des moyens appropriés obéissant à des influences thermiques, comme dans les exemples précédents, mais qui ne sont pas représentés ici.
La fig. 7 représente une installation de protection dans laquelle l'élément à. action différée dans la commande de l'interrupteur dépend de l'impédance des parties de cir cuit comprises entre l'interrupteur et l'en droit défectueux, ou en d'autres termes, de la distance du point en défaut. Le tube à décharge électrique 4 est disposée pour obéir au courant traversant le circuit et au vol tage s'obtenant dans le circuit. Comme le courant traversant le circuit sera moindre et le voltage en travers du circuit plus grand, si la -distance .à. l'endroit défectueux est plus :grande, le tube à décharge 4 sera établi de façon à avoir un élément à action différée, dont le retard est inversement pro portionnel au courant et directement propor tionnel au voltage du circuit.
La cathode 8 du tube à. décharge 4 est reliée aux bornes d'un transformateur de courant 30 @dans le circuit 1. Une inductance à saturation 44 est reliée en shunt à. la. ca thode 8. Un transformateur de potentiel 51 est connecté aux bornes d'une phase du cir cuit et à l'élément de chauffage 52 qui est disposé pour faire varier le retaTI .de l'action différée du tube à décharge pour obtenir la commande de l'interrupteur.
Un organe de résistance électrique 5'3 associé à l'élé ment ide chauffage électrique 52 et ayant un coefficient de température positif relative ment élevé pour. sa résistance est relié en sé- rie avec la bobine de déelanchëment de l'in terrupteur 2 et le circuit d'anode du tube à décharge 4. Une source de potentiel formée par une batterie 54 est prévue dans le circuit d'anode.
La cathode 8 -du tube à décharge 4 sera chauffée à la température d'émission d'élec trons lorsqu'un courant prédéterminée tra verse le circuit 1. Si ce courant est accom pagné d'une chute ide voltage dans le circuit, la température de l'élément de chauffage 52 s'abaisse et la résistance spécifique de l'or gane à résistance électrique 53 se réduit jus qu'à ce que le potentiel :de la batterie 54 soit suffisant pour établir un courant dans le cir cuitd'anode et exciter opérativement la bo bine de déclenchement 3 afin de faire inter rompre le circuit 1.
On comprend que plus le voltage du circuit est bas et le courant élevé, jusqu'à ce que l'inductance 44 soit saturée, plus le retard de l'action différée dans la commande de l'interrupteur sera court.
Dans le cas de circuits polyphasés, des transformateurs de courant seront prévus dans chaque phase du circuit, comme indi qué, et on aura besoin d'une pluralité de tubes à décharges électriques 4. Deux trans formateurs de potentiel 51 connectés en V seront suffisants pour une protection com plète de chaque phase du circuit. Le tube à décharge dans chaque phase sera relié de la même manière que décrit ci-dessus. Si les relais obéissent aux voltages en étoile, l'ins tallation donne une protection vers la terra.
Les fig. 8 et 9 montrent des variantes de l'installation -de la fig. 7, dans.lesquelles le retard de l'action :différée du tube à dé charge électrique 4 est commandé par des organes à résistance électriques 55 ayant un coefficient de température négatif relative ment élevé pour leur résistance et qui sont combinés avec des éléments de chauf fage électriques 56 alimentés de courant en dépendance idu potentiel du circuit au moyen du transformateur .51. D'ans la fig. 8, la.
cathode 8 du tube ù. décharge 4 est reliée directement au transformateur de courant 30, tandis que dans la fig. 9, un transfor- mateur auxiliaire 31 similaire à celui montré aux fig. 4 et 5 est prévu. Le fonctionnement de ces variantes se comprend avec l'aide des explications données plus 'haut.
La jambe 34 du transformateur auxi liaire 31 est tellement rétrécie en section transversale que le potentiel du circuit d'anode est sensiblement constant à des cou rants de circuit même bas. L'effet de varia tions de courant sur le circuit d'anode est par.conséquent réduit.
Un interrupteur 57 est prévu pour court- circuiter le transformateur de courant 30 sauf quand un courant excessif traverse le circuit ou que le voltage aux bornes du cir cuit tombe à une valeur prédéterminée. Ceci peut être accompli par l'emploi de relais ft courant excédent et de relais à sous-voltage.
Les formes d'exécution des fig. 10 et 11 sont du type à impédance et comportent des tubes à décharge 4<B>à</B> trois électrodes. Dans chacune de ces constructions, le potentiel de la grille 25 du tube à décharge 4 dépend du potentiel du circuit 1 auquel le tube est relié. En fig. 10, le courant de la cathode et, en fig. 11, le potentiel de la plaque sont maintenus constants par saturation du cir cuit magnétique respectif. Dans chacune de ces formes d'exécution, le tube à décharge est alimenté d'énergie pour fonctionner lors que le potentiel du circuit associé tombe à une valeur suffisamment basse et que le potentiel de la plaque est suffisamment élevé.
En fig. 10, la, résistance est intro duite dans le circuit de l'anode, le chauffage étant commandé par le transformateur 31., et, en fig. 11, la, résistance est introduite dans le circuit du filament, le chauffage étant également commandé par le transfor mateur 31, toujours dans le but de détermi ner des caractéristiques à action différée dans les tubes à décharge.
Les installations des fig. 12 et 13 sont du type différentiel. En fig. 12, des trans formateurs de courant 60 sont prévus dans chaque phase du circuit triphasé 1 en amont et en aval d'un dispositif de transformation d'énergie 61, tel qu'un transformateur de. puissance, un convertisseur rotatif etc. â protéger. Les cathodes des tubes à décharge 4 dans chaque phase sont reliées aux bornes du circuit différentiel ou équilibré reliant les deux transformateurs de courant 60 de la même phase. Une inductance,à saturation 44 est reliée en shunt avec chaque cathode 8 pour empêcher sa destruction lors de cou rants excessifs.
Les anodes 9 des différents tubes à décharge sont reliées en parallèle. La bobine de déclanchement 3 de l'interrup teur est reliée aux circuits d'anode en série avec une source de courant formée par la batterie 62'.
Si une défectuosité se manifeste dans le dispositif de transformation d'énergie 61, le courant d'alimentation de ce dispositif dans une ou plusieurs phases du circuit variera en phase ou amplitude par rapport au cou rant de sortie. Par conséquent, un courant traversera une ou plusieurs des cathodes 8, en la ou les chauffant à la température d'émission d'électrons., après quoi la bobine de déclanchement 3 est excitée pour action ner l'interrupteur 2 de façon à ouvrir le cir cuit.
La. commande en relais à. action différée est obtenue en introduisant la résistance dans le circuit d'anode des tubes à décharge, le circuit de leur filament à. chauffage étant relié au point neutre des transformateurs 60. Dans. l'exemple de la. fig. 13, le tube à décharge 4 est aussi commandé en dépen dance d'une perturbation de l'équilibrage normal, dans le dispositif de transformation d'énergie, entre le courant d'alimentation et le courant de sortie. Un transformateur auxiliaire 63 est relié aux transformateurs de courant différentiels 60 et sert à com mander le courant dans les circuits de ca thode et d'anode du tube à décharge. Ce transformateur 63 comprend trois enroule ments 64-, 65, 60 inductivement couplés.
L'enroulement 64 est relié de telle manière aux transformateurs de courant 60 qu'il soit excité en dépendance du déséquilibrage entre les courants traversant lesdits transforma teurs 6,0. L'enroulement 65 est connecté aux bornes de la cathode 8 du tube à décharge 4. L'enroulement 66 est relié en série avec un organe à résistance électrique 67 ayant un coefficient de température positif relative ment élevé pour sa. résistance et se trouve dans le circuit d'anode du tube à décharge.. Des éléments de chauffage électriques 68, 69 coopérant avec .l'organe à résistance électri que 617 sont reliés de manière à être chauf fés en dépendance des courants traversants les transformateurs de courant respectifs 60.
Quand le courant traversant le circuit est relativement important, les éléments de chauffage électriques 68, 69 maintiennent l'organe à résistance électrique 67 à une température considérablement au-dessus de la valeur normale. Par conséquent, le désé- quilibrage dans le circuit, qui est requis pour faire fonctionner l'interrupteur de circuit dans ces conditions, sera plus grand que celui qui est requis lorsque le courant traversant le circuit est faible, en raison du coefficient de température positif de la ré sistance de l'organe à résistance électrique 67.
L'installation qui vient d'être décrite possède de la sorte une caractéristique pro gressive, attendu qu'un déséquilibrage plus grand est requis pour faire fonctionner l'in terrupteur lorsque le courant de charge est important que quand il est relativement faible.