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" Dispositif de protection pour installation de transformation ".
Dans les installations de transformation - que ce soit par soupapes.de décharge ou'par contacts mécaniques - on utilise ha-.
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bituellement des dispositifs de protection qùi'Ëe trouvent dé- Qlehehâs par les courants différentiels et arrêtent ainsi 1'ef- fet nuisible de cseux-oi,-en empêchant 1-eur oontinuation ou même leur. accroissement. Dans le cas, par exemple, de distances de déehar&e commandées par grille, on peut prévoir dans cu but, en cas de retour.d'arc, une tension de bloeage sur grille de com- mande,, de sorte qu'on arrête tout\passage de courant de retour.
Dans'les dispositifs à plusieurs phases, le circuit du courant utile se trouve souvent de ce'fait coupé dans les phases condui-
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suant le courant direct et on bloque ainsi tout le'dispositif de redressement de courant continu ou alternatif. Dans la plupart des ,cas; il est remis en service aussit8t après la disparition de.la eause du dérangement, de sorte que l'interruption de marche Se,réduit à un laps de temps limité,qui s'exprime en secondes.
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Les convertisseurs à'contacts peuvent être menacés principale- ment.-par des irrégularités de nature mécanique ou électrique, par exemple", par des dérangements dans le rythme régulier de-com- mutation. ou par des variations brusques de tension dans le ré- seau d'alimentation, qui peuvent être disymétriques et qui ont pour.suite l'ouverture des contacts dtune ou de plusieurs phases en dehors des pauses.de eourant faible. En cas de dérangement,
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-.on 'peut empgeher ltouverture des circuits de courant, précisé- ment fermés à oet instant là, par une installation de protection
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conforme, par exemple, à celle, du brevet scllemana 696 909.
La. pause de courant faible mentionnée, qui se produit dans le voisi- nage de la valeur de courant zéro, est très courte. Il, est vrai
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quelle peut Ctre prolongée par l'introduction de tensions indé pendantes complémentaires ou par des résistances effeotives, aveuglèd--ôu apparentes, variables ou qui varient par réglage automatique,'montées en série avec les postes d'interruption, par exemple, au moyen de bobines de réaotanoe à noyaux magnétiques hautement'saturés pour la valeur.de courant nominal, le prolonge- ment dé 'la pause de courant faible étant dû à leur désaturation; toutefois, pour éviter une dépense exagérée, par exemple, pour
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les bob:
Lhes de-.réactance, il,est préférable dans ce cas aussi de se contenter'd'une durée aussi réduite que possible de la pause de courant faible. Le'problème se résume donc à réduire dans la mesure 'du possible le laps de temps entre l'apparition du déran- gement et. le'fonctionnement du dispositif de protection.
Ce .temps se ..compose d'un court espace nécessaire à la production d'une ' impulsion de commande par la valeur différentielle.de commande,
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à la transmission de oe3:l.e-oi à l'organe' de commande du disposi-
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tif de protection et à sa transformation en une énergie magné- tique suffisante pour déclencher un processus mécanique, et d'un deuxième court espace de temps, qu'on appelle le temps mécanique proprement dit/du dispositif de protection, pendent lequel s'effectue le mouvement de ses parties mécaniques.
On connaît des moyens permettant de réduire le temps mécanique des dispositifs de déclenchement et analogues, et la demande de brevet allemand S 141 608 VIII b/21 d 2 - par exemple, préco- nise un dispositif de protection ainsi équipé. lieu La présente invention se propose de réduire le laps de temps, cité en premier, depuis l'apparition du dérangement jus- qu'au début du mouvement des parties mécaniques de l'installa- tion de protection.
Elle est basée sur la découverte qu'en cours de service d'un redresseur continu, les valeurs du courant ano- dique et du courant continu de charge, qui restent proportion- nelles entre elles dans tous les cas correspondant à une charge normale, se modifient dans le cas d'un arc en retour 'en sens contraire, à savoir que les premières augmentent et que les der- nières diminuent. En cours de service d'un redresseur alternatif il y a, à l'état normal, également proportionnalité entre les valeurs de courant continu amené et du courant alternatif de charge débité par le convertisseur.
Dans le cas d'aras en retour, il n'intervient pas toujours une modification en sens contraire des valeurs des courants du côté continu et du côté alternatif, mais on nord dans tous les cas la proportionnalité mentionnée plus haut. Les conséquences des dérangements dont il a été ques- tion, notamment les variations en sens contraire ou en tous cas les variations non proportionnelles des valeurs de courant à l'arrivée et au départ du dispositif de transformation sont uti- lisées, conformément à l'invention, pour là commande du disposi- tif de protection, en produisant au moyen d'un transformateur d'intensité de courant anodique, monté dans les canalisations de courant alternatif, et d'un redresseur auxiliaire un courant con- tinu auxiliaire,
proportionnel à tout instant au courant princi- pal du côté de la tension alternative du convertisseur, oourant qu'on fait agir en commun avec le courant principal du côté de la tension continue du convertisseur, mais en sens contraire de celui-ci, sur une installation de commande électromagnétique qui commande un appareil de protection, de manière telle qu'en marche normale les effets de ces deux courants s'annulent au moins ap- proximativement. Les différences qui apparaissent'en cas de dé- rangement entre ces deux effets ont une vitesse de variation par- tioulièrement grande, et ce moyen assure un laps .de temps parti- culièrement réduit jusqu'à l'instant de la réaction de l'appareil de protection,
ce qui est avantageux non seulement dans le cas de convertisseurs à oontacts mais également pour des installa- tions de transformation avec distances de décharge, et ceci pour des raisons analogues. L'invention peut s'appliquer également à l'obtention d'un effet sélectif et dans de but elle peut être utilisée avantageusement dans le cas d'installations de redres- seurs continus secs. Dans ce cas, comme dans celui des installa- tions de convertisseurs mentionné plus haut, elle peut servir à provoquer le déclenchement de commutateurs rapides sur un ou les deux côtés du convertisseur.
Sur le dessin on a représenté sohématiquement différentes formes de réalisation de l'invention. Les figures 1 à 4 montrent toutes un redresseur 11, alimenté par-l'enroulement secondaire
12 d'un transformateur triphasé et qui travaille sur un réseau de courant continu 13. Comme appareil de protection on utilise , un court-circuit 14, qui met directement en.court-circuit, con-
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fermement au brevet àl1-eni:hd.696 909S les amenées d;,'.,coUràJ1t triphasé. ('conducteurs anodiques ) et qui se trouve b'loqué à l'état.'ouvert par un électro-aimant 15.
Une bobine d'arrêt 16
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de'l'électrô-âimant est excitée au moyen de courant eontinu<fu réseau auxiliaire 17, par.l'intermédiaire d'une bobine de self de stabilisation 18¯ et de la résistance 19 pour le réglage de la valeur du Gourant d'arrêt, Au moyen d'un piston à air com- primé 20, le court-circuit peut être ramené à sa position ini-
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tiale a oontacts'ouverts.
Dans le circuit de courant anodique du convertisseur à protéger, on a prévu des transformateurs d'intensité 81.-Les courants secondaires de ces derniers sont amenés vers un redres- seur auxiliaire 22, monté de façon telle que son courant continu
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sai,t'à tout instant proportionnel au courant du oonvertisseur du,*8t& de la tension alternative, et, en marche normale, aussi du c té de la tension continue. Conformément à la figure 1, le
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cs3.ruit de courant de charge du côté de la tension continue est couplé magn6tiquement, par l'intermédiaire dtun dispositif de transport à noyau annulairé 23 fait en un matériau hautement magnétique, avec le circuit du redresseur, auxiliaire.
Les enrou-
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lements 24 et 5 du noyau annulaire eZ, Daroourus par le courant de aharge 3 du convertisseur ou par 1e' courant continu auxiliaire ig, sont montés de façon à ce que la traversée'résultante soit sensihlement égale à zéro. Le rapport entre leurs enroulements correspond donc approximativement au rapport de transformation du transformateur d'intensité. Le troisième enroulement 26 du
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dispositif à noyau annulaire donne naissance en cas .de 8 rne- ment au flux de courent nécessaire au déclenchement du cour+- circuit 14.
En marche normale du convertisseur'le eourant anodique est, en dehors des périodes de commutation.de deux phases, égal au
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courant continu, Pendant la commutation de deux phases, la sarnne des courants anodiques en cours de commutationest, elle aussi, égale au courant continu. En négligeant les erreurs dans les transformateurs d'intensité et dans le redresseur auxiliaire,
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les effets magnétiques des enroulements 4 et 5 du dispositif à noyau annulaire s'annulent donc sensiblement. En cas d'arc en retour, un courte-circuit vient se superposer dans les phasés intéressées du côté des tensions alternatives.
Le courant conti- nu ig du circuit du redresseur auxiliaire s'accroît aussi rapide- ment que le courant de court-circuit, alors que le courant prin- cipal du convertisseur du côté de la tension continue diminue.
L'équilibre en ampère-tours maintenant rompu au dispositif de transmission à noyau annulaire 23 se.trouve rétabli par un cou- rant de réglage dans l'enroulement de déclenchement 25, qui s'accroît brusquement, parcourt la bobine de déclenchement 27 du court-circuit et affaiblit à tel point l'excitation de l'ai- mant d'arrêt 15, provoquée par la bobine d'arrêt 16, que les contacts du court-circuit 14 se ferment rapidement sous l'effet d'un ressort puissant.
Ce qui est particulièrement avantageux, o'est l'emploi d'un noyau circulaire en alliage hautement magnétique, par-exemple, en ferro-nickel., à perméabilité particulièrement 'élevée dans le domaine 'compris entre les points de saturation, qui' assure l'ob- tention dans.l'enroulement de déclenchement'de variations impor-
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tantes flet, par là, de chocs de tension élevée pour des variations de traversée relativement faibles.
Les enroulements 24 et 5 sont avantageusement équilibrés de manière à 'ce quteîÎ7maroîïê nor- male'le premier l'emporte légèrement, en ce qui concerne la tra- versée, sur le dernier, de sorte que le point de travail, qui
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correspond à l'état d'aimantation de l'anneau, se situe dans le coude de saturation. En cas de dérangement, l'aimantation de l'anneau estinversée, par exemple, par suite de l'accroissement du courant i., qui arrive à prédominer sur le courant décrois- sant J, ou encore par suite du changement de direction de ce dernier, ce qui assure une variation de champ suffisante pour donner l'impulsion de déclenchement.
Au cas o-à l'emploi précité d'un matériau hautement magné- tique ne produirait pas une impulsion de déclenchement suffisan- te pour actionner une installation de protection donnée, cette impulsion peut être amplifiée par un dispositif d'amplification déjà connu, travaillant autant que possible sans inertie, par
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exemple, ')c,r l'emploi d'une l411:0e de décharge commandée par grille.
En vue d'accroître l'énergie disponible pour le déclenche- ment, on peut utiliser, conformément à la figure 2, un relais oscillant rapide 28 à la place du dispositif de transmission à noyau annulaire, dont le noyau magnétique peut être monté direc-
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tement sur une barre de courant continu ( relais à. barre ) .
Le relais possède en plus de l'enroulement 2,îl , parcouru par le courant principal du coté de la tension continue, et de la bo- bine 25' , qui lui est opposée et qui est parcourue par le cou-
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rant continu auxiliaire i.., encore un autre enroulement 9 par- couru par un courant continu auxiliaire iE, débité par le réseau auxiliaire 17, qui polarise le relais à barre et retourne par l'inductance-30 etune résistance réglable 31, Les contacts du relais ferment le circuit de courant d'une bobine de déclenche- ment 27 du court-circuit.
Ce circuit de déclenchement peut être lui aussi une dérivation depuis le réseau auxiliaire 17. Il com- prend une résistance 32 pour la limitation du courant et un con-
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èuteur' 33, dont la décharge accélère l'aooroissor'sïit de courant dans la shinc 27, ce qui a pour but de réduire la durée de dé- clenohement.
Une autre forme de réalisation de l'invention est représen- tée par la figure 3. On a aménagé sur chacun des deux noyaux 34 d'un transformateur d'intensité continue quatre enroulements.- Les enroulements 35 sont parcourus par le courant de charge du convertisseur. Les enroulements 36 sont parcourus par un courant continu auxiliaire ig, proportionnel à tout instant de la marche normale au courant de charge J. Le sens de l'enroulement et le rapport de transformation des enroulements 35 et 36 sont choisis de façon à ce que leur traversée résultante soit sensiblement
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t;;ale à zéro lorsque le convertisseur marche sans dérangement.
Les enroulements 37 sont parcourus par un courant alternatif,
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qui peut être déb3fé par le réseau de courant alternatif présent ou par un réseau de courant alternatif auxiliaire 39, par l'in- termédiaire d'una résistance réglable 40. Au très faible courant d'aimantation du fer du convertisseur près, qui peut être néli- gé, ce courant alternatif est à tout instant proportionnel au courant différentiel du convertisseur au cours des dérangements.
Il est redressé dans un deuxième redresseur auxiliaire 41 et
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amené sous cette forme o. la bobine de déclenchement 27 de* l'ap- ,J;.,reil do protection. Le courant auxiliaire 1, est pws lui aus- si sur le circuit de courant anodique, en passant par le redres-
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seur 1, st sc trouve redressé dans le redresseur auxiliaire 22.
Le montage intérieur du redresseur auxiliaire 22 doit'être au=
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tant que possible le =181:ie que celui du redresseur principal, afin que l'ondulation du courant continu auxiliaire soit elle aussi la mené que celle du courant continu principal. Dans ce but on courrait utiliser, par exemple, des redresseurs mécani-
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ques ou des redresseurs à distance de décharge ( lampe à dé- charge ).'Suivant la figure 3, le redresseur auxiliaire''23 est formé de faqon particulièrement avantageuse par des éléments de redresseur sec à bridge connexions triphasées.
Lorsqu'on utilise des redresseurs secs, on observe 'au redresseur auxili- aire 22 des phénomènes de polarisation, qui peuvent provoquer dans les'enroulements 36 des courants d'égalisation. Si les propriétés magnétiques des deux.noyaux du convertisseur ne sont pas absolument les mêmes et si les courants de charge ( marche à vide ).de l'installation de transformation sont très faibles, ces'courants d'égalisation peuvent prendre une valeur telle qu'ils provoquent de faux déclenchement, pour éviter ces couh rants d'égalisation, on peut prévoir sur le transformateur d'in- tensité continue des enroulements 38, auxquels on amène le cou- rant, par exemple, à partir du réseau auxiliaire de courant continu 17,
en passant par une résistance réglable 42. Les en- roulements 38 sont parcourus par le courant d'excitation iE. de telle manière que la tension magnétique à laquelle ils donnent naissance ait le même sens que celle produite par les enroule- ments 35. En absence des enroulements d'excitation 38, les cou- rants (égalisation mentionnés'peuvent s'accroître jusqu'à être plusieurs fois supérieurs au courant différentiel produit par l'excitation auxiliaire dans le circuit de déclenchement. En donnant au circuit de déclenchement et au convertisseur des di- mensions appropriées, ce courant peut être. maintenu à une valeur si faible que celle-ci soit assez éloignée de la valeur de dé- clenchement du commutateur de protection et qu'il ne soit ainsi pas gênant.
En cas d'identité suffisante entre les propriétés magnétiques des noyaux des convertisseurs de courant continu, les enroulements auxiliaires 38 deviennent superflus.' de dispo- sitif de protection est lui aussi sensible à la direction, c'est-à-dire que les courants de retour sont interprêtés comme courants différentiels, dont la valeur se trouve même doublée.
Le montage suivant la figure 3 a sur celui de la figure 1, avec un seul dispositif de transmission à noyau annulaire, l'a- vantage dtun déclenchement assuré dans tous les cas, car on peut obtenir une Impulsion de déclenchement suffisante sans que l'ae- oroissement du oourant différentiel ait obligatoirement une certaine vitesse définie.
On a représent par la figure 4 un montage simplifié. Dans ce cas les courants ou courants auxiliaires quiagissent en sens contraire se superposent non au transformateur d'intensité con- tinue mais directement à 1.'aimant de déclenchement 15 du court- circuit. En'plus de l'enroulement d'arrêt 16, ce dernier est pourvu de deux enroulements de déclenchement 43 et 44, opposés l'un à l'autre, et dont les effets s'annulent sensiblement en marche normale. L'enroulement 43 est parcouru par le oourant continu auxiliaire ig, prportionnel au courant principal du côté de la tension de courant alternatif.
La bobine 44 est parcourue par un courant de déclenchement proportionnel au courant princi- pal J du coté de la tension de courant continu, obtenu, par ex- emple, à partir d'un courant alternatif auxiliaire débité par le réseau auxiliaire 39, après avoir traversé les enroulements
37 d'un. transformateur d'intensité de courant continu et avoir été redressé par le redresseur continu auxiliaire 41. Ici le dispositif de déclenchement est pourvu de trois enroulements continuellement paroourus par le courant, mène en marche normale, alors que lé redresseur continu ne possède que deux enroulements
35 et 37.