Dispositif de protection d'un circuit électrique contre les surcharges La présente invention a pour objet un dis- positif de protection d'un circuit électrique alimenté en courant alternatif contre les sur charges, comprenant au moins un thyratron à cathode froide pourvu d'au moins une électrode auxiliaire d'amorçage et dont l'amorçage est destiné à provoquer le fonctionnement d'un disjoncteur placé dans le circuit à protéger.
Dans ce dispositif, ledit thyratron est relié, d'une part, par son électrode d'amorçage et sa cathode à un circuit de commande agencé de façon telle que lorsqu'une surcharge apparait dans le circuit à protéger, il s'établisse entre ces deux électrodes une tension suffisante pour produire l'amorçage du thyratron, et, d'autre part, par son anode et sa cathode, à un cir cuit d'utilisation qui comprend un relais, des tiné à provoquer l'ouverture du disjoncteur, et une source auxiliaire de courant continu.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit circuit de commande com prend un redresseur (5), un relais auxiliaire (9), un condensateur (14) en série avec un contact de ce relais auxiliaire et dont la tension est destinée à être appliquée entre l'électrode d'amorçage et la cathode dudit thyratron (16) et une résistance (8) en série avec ce conden sateur, le tout étant agencé de manière que lorsqu'une surcharge apparaît dans le circuit à protéger, une tension électrique redressée, émanant .dudit redresseur, provoque l'excita tion dudit relais auxiliaire,
lequel provoque la fermeture d'un circuit de charge dudit conden sateur, lequel, lorsque sa tension atteint la tension d'amorçage du thyratron, amorce ce dernier, et qu'au moment où la surcharge dis- parait, ledit relais auxiliaire se désexcite en coupant ledit circuit de charge du condensa teur et en reliant ce dernier aux bornes d'un circuit de décharge.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1. représente un dispositif de pro- tection ampèremétrique à temporisation in verse, pour un circuit monophasé. La fig. 2 représente un dispositif de pro tection ampèremétrique à temporisation cons- tante, pour un circuit monophasé. La fig. 3 représente un autre dispositif de protection ampèremétrique à temporisation constante pour un circuit monophasé.
La fig. 4 représente un dispositif de pro tection ampèremétrique à fonctionnement mixte, soit instantané, soit à temporisation constante, soit à temporisation inverse, pour un circuit monophasé.
La fig. 5 représente un autre dispositif de protection ampèremétrique à fonctionnement mixte, soit instantané, soit à temporisation constante, pour un circuit monophasé.
La fig. 6 représente une variante des dispo sitifs de protection ampèremétrique précé dents.
La fig. 7 représente une variante des dis positifs précédents, pour la protection ampè- remétrique d'un circuit triphasé. Sur la fig. 1 le dispositif de protection com prend un transformateur 1 ayant son enroule ment primaire 2 monté en série dans le circuit à protéger.
Son enroulement secondaire 3 fournit aux bornes d'une résistance réglable 4, une tension fonction du courant primaire. Cette tension, redressée par un redresseur sec 5, est appliquée aux bornes d'un condensa teur 6.
9 désigne un relais auxiliaire possédant un enroulement d'excitation 10 et deux contacts mobiles 9a et 9b qui occupent la position re présentée sur 1a figure lorsque l'armature mo bile dont ils sont solidaires n'est pas attirée par l'enroulement 10. 7 désigne une résistance en série avec l'enroulement 10, et normalement court-circuitée par le contact mobile 9a. La résistance 7 et l'enroulement 10 sont branchés aux bornes du condensateur 6.
Un condensa teur 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 ; clans ces conditions, le condensateur 14 et la résistance 8 sont branchés aux bornes du condensateur 6. 13 désigne une résistance à travers laquelle le condensateur 14 peut se décharger lorsque le contact mobile 9b du re lais 9 est dans la position représentée sur la figure.
16 désigne un thyratron à cathode froide. Son électrode :d'amorçage et sa cathode sont connectées aux bornes du condensateur 14 par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant 15.
Le circuit d'utilisation du thy- ratron 16 comprend une source auxiliaire à courant continu 17, dont le pôle positif est connecté avec l'anode du thyratron par l'inter médiaire, d'une part, d'un relais auxiliaire 18 qui, lorsqu'il est excité, ferme par son contact 18a, le circuit d'un disjoncteur (non repré senté) et d'autre part, d'un contact auxiliaire 19 du disjoncteur, et dont le pôle négatif est relié à la cathode du thyratron 16.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant Quand il n'existe pas de défaut dans le cir cuit à protéger, les contacts mobiles des relais 9 et 18 ainsi que le contact 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 lorsqu'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 va leur iuste suffisante pour maintenir les con- tacts 9a et 9b dans leur nouvelle position. En outre, le condensateur 14 se charge proLyres- sivement à travers la résistance 8.
Quand la tension aux bornes de ce condensateur a at teint :une valeur déterminée, il se produit un amorçage entre l'électrode d'amorcage et la cathode de thyratron 16 qui, par ionisation, rend conductrice l'atmosphère gazeuse à l'in térieur dudit thyratron. Un courant parcourt alors 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 à protéger est coupé par le fonctionnement du disjoncteur, le courant cesse de circuler dans le transformateur 1, le relais 9 revient à sa position de repos, et son contact 9b coupe le circuit 8-14 et provoque la décharge du con- densateur 14 à travers la résistance 13. Le thyratron est complètement désamorcé et le dispositif sera de nouveau prêt à fonctionner, lorsque le disjoncteur aura été réenclenché.
On a donc réalisé ainsi un dispositif de pro tection à temporisation inverse, puisque le temps que met la tension aux bornes du con densateur 14 pour atteindre la valeur d'amor çage du -thyratron dépend, d'une part, de la constante de temps RC du circuit 8-14 et d'au tre part, de la tension appliquée aux bornes de ce circuit, 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'autres termes,
que la surin tensité due au défaut dans le circuit à protéger est plus grande.
Par ailleurs, si le défaut vient à disparaître avant que la tension aux bornes du condensa- teu@r 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 per met au condensateur 14 de. se décharzer à tra vers la résistance 13. Dans ces conditions, lors de l'apparition d'un nouveau défaut, le dispo sitif conservera la même temvorisation puisque la tension aux bornes du condensateur 14 sera redevenue nulle.
La fia. 2 oui représente un dispositif de pro tection à temporisation constante, et où les mêmes nombres ont la même signification rniP dans la fi°. 1. diffère essentiellement de rettA dernière.
d'une part par la mise en série danç le circuit de l'enroulement 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 die ce tube éclateur.
Lorsque survient un défaut, la tension aux bornes du condensateur 6 croît, et dès qu'elle atteint la valeur d'amorçage du tube 20, un courant parcourt l'enroulement d'excitation 10 du relais 9. La valeur de ce courant est telle qu'elle fait fonctionner 1e relais 9. On sait que la tension aux bornes d'un tube éclateur, placé dans un circuit comportant une résistance, de- meure constante, 'tant que ce tube éclateur fonctionne ; il s'ensuit que dans le dispositif suivant la fig. 2, la tension appliquée 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 RC du circuit 8-14. On a donc réalisé ainsi un dispositif de protection à temporisation constante.
Le dispositif de la fig. 2 comprend en outre un relais auxiliaire 18 perfectionné en ce sens qu'il comprend, en plus de son contact 18a qui commande le circuit du disjoncteur, un deuxiè me contact 18b.
Ce contact, lorsqu'il est fermé, met une résistance 21 en parallèle avec le cir cuit anode-cathode du thyratron 16, de sorte que le courant qui parcourt l'enroulement d'ex citation du relais 18 n'est plus en totalité fourni par le thyratron. Ce perfectionnement pourrait, bien entendu,
aussi être utilisé dans le dispositif de la fig. 1.
La fig. 3 où les mêmes nombres ont la mê me signification que dans la fit. 2 représente un dispositif de protection ampèremétrique à temporisation constante.
La tension aux bornes de la résistance 4, redressée par le redresseur 5, est .appliquée aux bornes extrêmes d'un potentiomètre 24. L'en roulement d'excitation 10 du relais auxiliaire 9, en série avec le circuit anode-cathode d'un thyratron à cathode froide 22, es relié à l'une des bornes de la source auxiliaire à courant continu 17. L'électrode d'amorçage du thyra tron 22 est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance de limitation de courant 25, à la prise variable 24a du potentiomètre 24.
On peut faire ainsi .varier la tension entre l'élec trode 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 os cillant composé d'une inductance 26 et d'un condensateur 27, est connecté entre l'anode et la cathode du thyratron 22, cette dernière étant aussi reliée au pôle négatif de la source auxiliaire 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 le contact 9a est sur son contact de gauche.
Le circuit: résistance 8 - contact 9b - con densateur 14, est connecté aux bornes du tube éclateur 23, quand le contact 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 représen tées 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'électrode d'amorçage provo que l'amorçage du thyratron à cathode froide 22, l'espace principal anode-cathode de ce thy- ratron devient conducteur et un courant fourni par la source auxiliaire 17 traverse ce thyra tron 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 la tension de la source auxiliaire 17 ayant une valeur ap propriée, le tube. éclateur 23 s'amorce et la tension stabilisée existant à ses bornes, est ap pliquée au circuit 8-14, de sorte que le con densateur 14 se charge à tension constante, à travers la résistance 8.
Quand la valeur de la tension aux bornes du condensateur 14 a atteint une valeur déterminée, le thyratron à cathode froide 16 s'amorce et un courant fourni .par la source auxiliaire 17 traverse l'enroulement d'excitation dru relais 18 qui, par la fermeture de son contact 18a provoque le fonctionne ment du disjoncteur du circuit à protéger. L'ou verture du contact 19 du disjoncteur coupe alors le circuit d'excitation -du relais 18 et pro voque le désamorçage du thyratron 16.
Le circuit à protéger étant coupé par le fonc tionnement du disjoncteur, la tension aux bor nes extrêmes du potentiomètre 24 est devenue nulle. Le désamorçage du thyratron 22 est pro voqué périodiquement, dès le début de son fonctionnement, par l'intermédiaire du circuit oscillant 26-27. En effet, l'amorçage du thy ratron 22 provoque des oscillations de tension dans le circuit 26-27, à la fréquence d'accord de ce circuit.
Les alternances négatives de ces oscillations provoquent le désamorçage du thy- ratron 22, mais tant que l'électrode 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 pas suivre les variations très rapides du courant d'anode dudit thyratron, de sorte qu'il reste excité.
Quand la tension aux bornes extrêmes du potentiomètre 24 est devenue nulle ou insuffisante pour que l'amorçage se rétablisse entre l'électrode d'amorçage et la cathode, le courant cesse complètement de circuler dans l'espace principal du thyratron 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 éclateur 23 est coupé et le condensateur 14 se décharge aus sitôt dans la résistance 13.
Le fonctionnement du dispositif selon la fia. 3, tel qu'il vient d'être décrit, n'est possible que si la tension d'amorçage du tube éclateur 23 est inférieure à la tension de la source auxi liaire 17 dont on dispose et supérieure à la tension d'amorçage du tube 16, Lorsque cette condition n'est pas remplie, il peut être fait usage des dispositifs selon les fig. 4 ou 5, qui représentent des dispositifs de protection de circuits, à fonctionnement mixte.
Ces disposi- tifs peuvent fonctionner soit à temporisation constante ou à temporisation inverse, soit d'une manière instantanée, si le défaut produit une surtension supérieure à une valeur prédétermi née et réglable à volonté. En outre, il n'est pas nécessaire dans ces deux dispositifs, que la tension de la source auxiliaire 17 soit supé rieure à la tension d'amorçage du tube écla- teur 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 significa tion que dans la fi-. 3, la tension qui est appli quée au circuit : résistance 28 - tube éclateur 23, est celle qui existe aux bornes extrêmes du potentiomètre 24. Un circuit: condensateur 30 - résistance 31, est mis en dérivation aux bor nes 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 com prenant la résistance réglable 8, le contact 9b dudit relais et le condensateur 14.
L'électrode d'amorçage du :thyratron 16, qui est en série avec la résistance de limitation de courant 15, peut être connectée par le contact 9c du relais auxiliaire 9, soit à la prise 24b du potentiomètre 24, lorsque le relais 9 est au re pos, soit au condensateur 14, lorsque 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 po tentiomètre 24 provoque instantanément un amorçage entre l'électrode d'amorçage et la cathode du thyratron 16, ce quia pour effet, comme on l'a déjà expliqué, de 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 con tact 18a, fait fonctionner sans temporisation le disjoncteur du circuit à protéger.
Si par contre le défaut, tout en atteignant une valeur supérieure ou égale à une valeur prédéterminée, n'est pas suffisamment impor tant pour provoquer le fonctionnement instan tané du dispositif de protection, de la manière qu'on vient de décrire, la tension qui apparait alors entra les points 24a et 24e du potentio mètre 24, et qui est appliquée entre l'électrode d'amorçage et la cathode du thyratron 22, fait amorcer un arc entre celles-ci, ce qui a pour effet de provoquer le fonctionnement du dis positif d'une manière identique à celle décrite en regard de la fig. 3.
Dans ce cas, l'excitation de la bobine du relais auxiliaire 9, a notam ment pour effet, de mettre hors circuit la résis tance 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 l'amorçage se produit entre l'élec- trode 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: résis tance 8 - condensateur 14 .est constante grâce, d'une part à la propriété régulatrice 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, indépendante de l'importance du défaut.
On voit encore sur la fig. 4, une barrette 32 qui assure la jonction entre le tube éclateur 23 et l'extrémité négative 24c du potentiomètre 24. Il est évident qu'en démontant cette barrette, on interrompt le circuit<B>du</B> tube 23 qui ne peut plus s'allumer et, par suite, assurer la régulation de la tension appliquée au circuit résistance 8 - condensateur 14.
Dans ce cas, le dispositif fonctionne en relais à temporisa tion inverse, comme le dispositif selon la fig. 1, puisque la temporisation dépend de l'im- portance 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 signifi cation que dans les fig. 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 ten sion de la source auxiliaire 17 et de celle ap paraissant au moment du fonctionnement du thyratron 22, aux bornes de l'enroulement se- condaire 35 d'un transformateur 33, dont l'enroulement primaire 34, connecté en série avec le condensateur 27, joue le même rôle que l'inductance 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 fonction nement de ce dispositif est donc le même que celui selon la fig. 4, décrit précédemment. Tou tefois, il n'est pas possible d'obtenir avec ce schéma un fonctionnement à temporisation in verse, puisque la tension appliquée au tube éclateur 23 n'est aucunement fonction de l'im portance du défaut.
Dans les dispositifs des fig. 1 à 5, le réglage de la tension pour laquelle se produit l'amor- çage du thyratron- 22, s'effectue au moyen d'une résistance variable 4, aux bornes de la quelle est appliquée la totalité de la tension de l'enroulement secondaire 3 du transforma teur 1.
On peut avoir intérêt, afin de constituer cette résistance 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 in diqué sur la fig. 6, qui représente partiellement une variante du dispositif de la fig. 4, une prise intermédiaire 3a sur l'enroulement se condaire 3 du transformateur 1, sur laquelle sera connectée une extrémité de la résistance 4, les autres parties du schéma étant rigou reusement les mêmes que sur la fig. 4.
On peut aussi, dans le même but, utiliser une résistance fixe 4 et réaliser plusieurs prises in termédiaires 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 permettent également de réaliser une pro tection voltmétrique. Dans ce but, l'enroule ment primaire 2 du transformateur 1 sera con necté aux bornes du circuit à protéger et la résistance variable 4 sera remplacée par un potentiomètre.
La fig. 7 représente partiellement un dis positif de protection ampèremétrique d'un cir cuit triphasé. Elle ne diffère du dispositif se lon la fig. 4, que par le circuit d'alimentation du potentiomètre 24. On voit en<I>X, Y,</I> Z, les trois conducteurs du circuit triphasé auxquels sont respectivement connectés en série, les primaires 2, 2', 2" des transformateurs 1, l', 1" ; les secondaires 3, 3', 3" de ceux-ci sont branchés respectivement aux bornes des trois résistances réglables 4, 4', 4".
Des redresseurs 5, 5', 5" sont branchés res pectivement aux bornes des résistances 4, 4', 4" et sont tous les trois connectés, par leurs bornes de sortie,,aux extrémités de l'unique po tentiomètre 24.
Sur cette fig. 7 où les mêmes nombres ont la même signification que dans les figures pré cédentes, on n'a représenté qu'une partie du dispositif qui, à l'exception ce de qui précède, est rigoureusement semblable à celui selon la fig. 4.
Le fonctionnement de cette variante est évi demment le même que celui du dispositif selon la fig 4. Dès que l'intensité du courant circu lant dans l'un quelconque ou, simultanément, dans plusieurs des conducteurs<I>X, Y</I> ou Z, at teint une valeur prédéterminée, et selon la va leur de cette intensité, ce dispositif fonctionne, soit instantanément, soit à temporisation cons tante, ou encore - si l'on a préalablement débranché la barrette 32 - à temporisation in verse, comme cela a été indiqué pour la fig. 4.
Le montage des redresseurs 5, 5', 5" repré senté sur la fig 7 est un montage en pont , mais il est évident que tout autre montage de redressement connu peut également être em ployé.
Le schéma de montage qui conviendrait à la protection d'un circuit polyphasé compre nant un nombre quelconque de phases, dé coule du schéma selon la fig. 7.
La forme d'exécution décrite en regard de cette figure pourra être utilisée poux la pro tection d'un circuit polyphasé, les tensions redressées, respectivement fonction des intensi tés des courants qui parcourent chaque phase du circuit à protéger ou fonction dies tensions monophasées aux bornes de ce circuit, étant mises en parallèle aux bornes extrêmes d'un potentiomètre qui est relié aux divers circuits susmentionnés contenant les tubes à gaz.