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Système de relais électromagnétique utilisable notamment pour contrôler l'état d'isolement des installations électriques.
La présente invention 'concerne les systèmes de relais électromagnétiques et plus particulièrement les systèmes de ce genre destinés au contrôle de l'isolement des installations électriques.
Le but principal de l'invention est de permettre la réali- sation d'un système de relais au moyen duquel l'état d'isole- ment des installations électriques puisse être maintenu sous un contrôle continu pendant les périodes où les installations ne sont pas sous charge.
Un autre but de l'invention est de permettre la réalisation d'un système de relais au moyen duquel l'état d'isolement des installations électriques puisse 'être contrôlé, surtout pendant les périodes où ces installations doivent être débranchées par rapport à l'arrivée de l'énergie, à partir d'un poste de con- trôle central, en particulier pour permettre par exemple au gardien ou au surveillant d'une usine de déterminer avec beaucoup de facilité si une partie quelconque de l'installation est placée
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sous charge électrique ou si, au contraire, la charge étant débranchée un défaut d'isolement existe quelque part.
Un autre but encore de l'invention est de permettre la réalisation d'un système de relais grâce auquel l'état de l'iso- lement des installations électriques peut 'être mis en évidence, surtout pendant les périodes où ces installations sont débran- chées par rapport à l'arrivée du courant, et ce dans un poste de contrôle central, grâce à l'émission de signaux d'avertisse- ment ou d'alarme, de manière à permettre à un gardien ou à un surveillant de distinguer entre de légers défauts d'isolement ne causant que de faibles pertes de courant, des défauts d'iso- lement plus graves ou plus généralement des conditions telles que de plus grandes quantités de courant traversent l'installa- tion ou enfin des défauts graves dûs à un court-circuit dans l'installation.
Suivant l'invention, les particularités caractéristiques de ce système de relais électromagnétique résident dans ce fait que l'un au moins des circuits de charge de l'installation électrique (par exemple d'un circuit d'éclairage) reçoit, au moins pendant les périodes sans charge, une tension de contrôle par l'intermédiaire de deux enroulement au moins montés en série d'un relais qui sont capables d'actionner une seule arma- ture du relais et qui, au point de vue du nombre des spires et de sa résistance ohmique, sont étudiés de telle sorte que, si un courant parcourt les enroulements sous une intensité causée par un léger défaut d'isolement se produisant dans le circuit de charge sous la dite tension de contrôle, ils attirent l'arma- ture du relais, en outre que le circuit de charge reçoit, quand la dite armature est attirée,
tout en shuntant un des enroulement montés en série, la tension de fonctionnement de l'installation par l'intermédiaire de l'autre seulement des dits enroulements, cet enroulement étant étudié de telle sorte au point de vue du nombre des spires et de la valeur ohmique de sa résistance, que,
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même s'il ne suffit pas à lui seul à maintenir l'armature attiré. pour le courant qui est produit par la tension de fonctionnement normale quand survient un léger défaut d'isolement dont le cir- cuit de charge, il est capable d'assurer ce résultat pour le courant circulant pour la charge normale minimum dans le cir- cuit de charge, et finalement que, quand l'armature du relais est attirée, elle commande un circuit qui déclanche des signaux d'avertissement ou d'alarme.
L'invention est décrite en détail dans la suite de cette description et en regard des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple, une réalisation préférable de ce système de relais électromagnétique.
La fig. 1 est un diagramme montrant les divers circuits de ce système de relais.
La fig. 2 est une vue en perspective schématisée montrant la structure mécanique du relais.
Comme représenté par les dessins et plus particulièrement par la fig. 1, ce système de relais comprend un relais A muni de trois enroulements 1, 2 et 3 montés sur un noyau commun en fer doux (non visible dans la fig. 1) et deux armatures (non visibles non plus en fig.l) dont l'une est actionnée par les enroulements 1 et 2 et dont l'autre est actionnée par l'enrou- lement 3. Une réalisation mécanique convenable de ce relais est représentée dans la fig. 2 et est décrite en détail ci-après.
Chacune des armatures est étudiée pour commander respectivement des contacteurs 4 et 5.
Le relais A est conçu en vue d'être branché dans un circuit reliant une canalisation de courant continu à un circuit de charge B tel qu'un réseau d'éclairage par l'intermédiaire d'un interrupteur 6 à commande manuelle, de telle sorte que, pendant les périodes où ce circuit de charge n'est pas effectivement soumis à la charge, une tension de contrôle prédéterminée s'ap-
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plique à lui. L'arrivée du courant continu peut être assurée par exemple par un redresseur L alimenté en courant alternatif par l'intermédiaire d'un transformateur U et à partir d'une canalisation de courant alternatif qui est représentée sous la forme d'une phase R d'un circuit d'alimentation triphasé R, S, T.
L'enroulement 1 est étudié de telle sorte, au point de vue nombre des spires et une valeur ohmique de la résistance qu'il représente que, quand il est branché dans le circuit allant de l'arrivée du courant continu au circuit de charge B, il soit capable d'attirer l'armature associée en présence d'un faible courant parcourant cet enroulement comme celui qui peut être occasionné par un léger défaut d'isolement se manifestant dans le circuit de charge B pour la tension de contrôle prédéterminée en question.
L'enroulement 2 associé avec la même armature que l'enroulement 1 est monté en série par rapport à l'enroulement 1 mais dans des conditions de survoltage par rapport à lui par l'intermédiaire du contact postérieur 4a du contacteur 4 et est étudié de telle sorte, au point de vue du nombre des spires et de la valeur ohmique de la résistance, que cet enroulement soit incapable d'attirer l'armature ou même de la maintenir attirée lorsqu'il est parcouru par le même courant faible que l'enroule- ment 1. Aussi l'enroulement 1 est-il formé d'un très grand nom- bre de spires de fil fin à grande résistance, tandis que l'en- roulement 2 est formé d'un nombre de spires considérablement plus faible de fil plus gros.
De plus, l'enroulement 2 est étudié de manière à suffire à lui seul pour maintenir l'armature attirée par le courant qui parcourt son circuit en présence de la charge minimum normale du circuit B (sous une tension de fonctionnement normale) par exemple sous l'influence du courant qui circule lorsqu'une seule lampe à incandescence montée dans le circuit B est traversée par le courant. ]Le troisième enroulement 3, qui est monté directement en série avec l'enroulement 2 est,étudié de telle sorte, au point de vue du nombre de ses spires et de
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la valeur ohmique de la résistance qu' il représente, qu'il n'at- tire l'armature associée à lui qu'en présence d'un courant plus fort tel que celui qui se manifeste pour une charge relativement grande dans le circuit B.
La borne positive de l'arrivée L du courant continu est connectée à l'une des bornes de l'enroulement 1 par le contact 6a de l'interrupteur 6 à commande manuelle. Le courant continu venant du troisième enroulement 3 traverse un autre contact 6b de l'interrupteur 6 pour passer dans le circuit de charge B qui peut comprendre un cartain nombre de branchements parallèles 7, 8 et 9. La borne négative de l'arrivée L du courant continu est mise à la terre, cette connexion étant interrompue périodique- ment par un dispositif et en vue d'un résultat qui seront décrits ci-après.
L'interrupteur 6 à commande manuelle est capable d'oc- cuper deux positions dans l'une desquelles la totalité du relais A est mise au repos par la séparation des contacts 6a et 6b, tan- dis que l'arrivée R du courant alternatif est connectée directe- ment au circuit de charge B par l'intermédiaire du contact 6a de l'interrupteur 6, de façon à fournir les charges requises pen- dant les périodes de passage du courant, par exemple pour alimen- ter une lampe 7a montée en série avec un contacteur associé 7b monté dans le circuit de branchement 7. Dans l'autre position que peut prendre l'interrupteur 6 à commande manuelle, le circuit de charge B est coupé de sa connexion directe avec l'arrivée du courant alternatif et est connecté à l'enroulement 3 du relais par l'intermédiaire d'un autre contact encore 6c de l'interrupteur 6.
L'enroulement 2 du relais A est connecté à l'arrivée du cou- rant alternatif par le contact antérieur 4b du contacteur 4, de façon à étre excité par le courant alternatif quand l'armature associée est attirée, tandis que cet enroulement 2 est déconnecté en même temps de l'enroulement 1 et de l'arrivée L de courant continu par suite de l'ouverture du contact postérieur 4b du con- tacteur 4.
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L'enroulement 3 qui est étudié pour attirer l'armature du relais A qui commande le contacteur 5 est connecté à l'arrivée R du courant alternatif par le contact antérieur 5a de ce con- tacteur de façon à se trouver excité par .le courant alternatif quand cette armature est attirée, l'enroulement 2 qui est connec- té à cette arrivée R de courant par le contact 4b étant en même temps court-circuité par le contact 5a.
Le système comprend un circuit de relais avertisseur com- prenant un relais 10, le contact postérieur 4c du contacteur 4, les contacts postérieurs 11a et 12a des contacteurs principaux 11 et 12 respectifs afin de connecter respectivement d'autres circuits de charge C et D, qui sont décrits ci-après, à l'arrivée R, S, T du courant alternatif,un contact 13 monté sur une porte ou disposée dans des conditions analogues, enfin une source de courant continu constituée ici, à titre d'exemple, par une batterie V.
On conçoit que cette source de courant continu a toutefois avantage à être constituée par un redresseur qui peut être le redresseur L qui alimente les enroulements du relais A bien que, pour simplifier le schéma de câblage, on ait représen- té une source de courant séparée. -Le contact postérieur 10a du relais 10 est monté dans un circuit partant de la source V de courant continu et passant par une sonnette électrique 14 placée au poste de contrôle central.
Le système comprend également un deuxième circuit de relais avertisseur comprenant un relais 15, le contact postérieur 5b du contacteur 5, et la source de courant continu V. Le contact postérieur 15a du relais 15 est monté dans un circuit partant de la source de courant continu V et traversant un appareil sonore 16 destiné à donner l'alarme, tel par exemple qu'une sirène.
Le fonctionnement de ce système de relais tel qu'il vient d'être décrit s'opère de la manière suivante :
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Quand chacune des charges se manifestant dans le circuit B est déconnectée et que l'interrupteur 6 à commande manuelle se trouve dans la position indiquée, une tension de contrôle est appliquée à ce circuit à partir du redresseur 1 et en passant par les trois enroulements de relais I, 2 et 3 qui sont montés en série..Les contacteurs 4 et 5 du relais A occupent alors les positions indiquées.
Pour autant que les contacteurs prin- cipaux 11 et 12 des circuits de charge C et D se trouvent dans la position ouverte pour laquelle ces circuits sont isolés de l'arrivée de courant alternatif R, S, T et que le contact 13 monté sur la porte soit fermé (c'est-à-dire que cette porte soit fermée, et même verrouillée) le circuit du relais avertis- seur 10 est fermé et son contact postérieur IOa est ouvert, de sorte que la sonnerie 14 ne retentit pas. De'même, le circuit du relais avertisseur 15 est fermé et son contact postérieur I5a est ouvert, de sorte que l'appareil sonore 16 destiné à donner l'alarme ne fonctionne pas non plus.
Si, par contre, il se produit quelque part dans le circuit de charge B un léger défaut d'isolement, la tension de contrôle y provoque un léger passage de courant qui a pour effet d'exci- ter l'enroulement 1 (ainsi que les enroulements 2 et 3 bien que dans une mesure plus faible, voire inappréciable) à un degré suffisant/pour lui permettre d'attirer l'armature associée, de sorte que le contacteur 4 est commandé et provoque l'ouverture du contact 4a, la fermeture du contact 4b et l'ouverture du contact 4c.
l'enroulement 1 se trouve ainsi déconnecté du re- dresseur L, et le contacteur 4 est ramené automatiquement par l'armature associée à sa position originelle, ce qui assure la connexion entre l'enroulement et la tension de contrôler Chaque fois que le contacteur fonctionne, l'arrivée de courant alter- natif est connectée à l'enroulement 2 par suite de la fermeture du contact 4b mais, comme le défaut d'isolement est faible, le
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passage du courant à travers cet enroulement est insuffisant pour maintenir l'armature attirée. Il en résulte que le con- tacteur 4 oscille continuellement entre ses deux positions s'il se produit dans le circuit B un défaut d'isolement. Par suite de ce fonctionnement du contacteur 4, son contact postérieur 4e se trouve ouvert.
Ceci apour effet d'ouvrir le circuit du re- lais 10 de l'avertisseur, de sorte que la sonnette électrique 14 retentit par intermittence suivant les oscillations du con- tacteur 4.
Si une faible charge comme celle qui résulte par exemple du fonctionnement d'une lampe à incandescence 8a se trouve branchée dans le circuit B (alors que l'interrupteur 6 à comman- de manuelle occupe encore la position représentée) le contacteur 4 est commandé par le passage du courant provenant de l'arrivée L comme déjà décrit. Toutefois, en pareil cas, le courant alter- natif qui arrive dans ces conditions et qui parcourt l'enroule- ment 2 par suite de la fermeture du contact 4b est suffisant pour maintenir attirée l'armature avec laquelle le contacteur 4 est associé. Il s'ensuit que la sonnette électrique 14 reten- tit continuellement. Ceci se produit également si la charge est constituée par une petite résistance 8a placée dans le circuit de branchement 8 qui comprend un contact monté sur une porte ou un volet coupe-feu.
Cette résistance peut être constituée par exemple par une lampe rouge.
Le circuit du relais 10 peut également 'être ouvert par l'ouverture du contact 13 monté sur la porte, de sorte que la sonnerie 14 retentit alors continuellement.
Si une charge plus forte se manifeste dans le circuit B, par exemple si un contact destiné à donner l'alarme en cas d'in- cendie ferme le circuit de branchement 9 à travers une résistan- ce très faible 9a, le courant alternatif arrivant en R et par- courant les enroulements 2 et 3 après le fonctionnement du con- tacteur 4 est assez fort pour permettre à l'enroulement 3 d'at-
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tirer son armature et de commander le contacteur 5 . Ceci pro- voque l'interruption du circuit du relais 15 à la hauteur du contact postérieur 5b et ferme le contact postérieur 15a, ce qui déclenche le fonctionnement de l'avertisseur d'incendie 16.
Le système de relais qui est représenté en fig. 1 est éga- lement étudié pour contrôler l'isolement des circuits de charge d'un moteur triphasé ou plus généralement d'un moteur fonction- nant sur courant alternatif comme ceux qui sont désignés par C et D dans la fig. 1. Si l'on considère tout d'abord le cir- cuit triphasé C, son contacteur principal 11 est équipé de trois contacts auxiliaires llr, Ils et 11t qui sont fermés quand le circuit est privé de courant et par l'intermédiaire desquels chacune des phases du circuit de charge C est connectée au re- lais A, afin de permettre le passage du courant depuis l'arrivée L du courant continu et en passant par les trois enroulements 1, 2 et 3 du relais et l'un des dits contacts auxiliaires jus- qu'à l'un quelconque des circuits de phase dans lequel un dé- faut d'isolement peut se produire.
Le trajet du courant passe également par une résistance 18 montée en série avec les dits enroulements, afin de protéger 1'enroulement 3 des courants de court-circuitage et par un contact 6c de l'interrupteur 6 à commande manuelle qui est fermé quand il occupe la position que montre la fig. 1 mais qui est, au contraire, ouvert quand il occupe la position pour laquelle il envoie le courant dans le circuit B comme décrit précédemment et, en outre, par un commu- tateur rotatif multiple E décrit ci-après .
Ce commutateur rotatif multiple E comprend un rotor se composant de sections axiales 18 à 24 formant autant de pla- teaux-cames et, entraîné à vitesse constante par un moteur 25 par l'intermédiaire d'un engrenage approprié 26. Ce moteur 25 est excité par un circuit reliant les phases R et S de l'alimen- tation en courant alternatif R, S, T passant par le contact postérieur 4d du contacteur 4 et par un contact 6e de l'interrup-
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teur 6 qui est fermé en même temps que les contacts 6a et 6b.
Les plateaux-cames 18 à 24 actionnent respectivement des con- tacts 18a à 24a, de façon à les fermer et à les ouvrir à,des moments différents et pendant des périodes de temps différentes. le circuit partant du relais A et traversant le contact 6d passe par les contacts 18a, 19a et 20a du commutateur rotatif E qui sont montés en parallèle. Chacun de ces contacts est con- necté à l'un des contacts auxiliaires llr, Ils, et 11t dans l'ordre indiqué. Chacun des plateaux-cames correspondant 18, 19 et 20 est muni d'une came y1, Y2 et Y3, de façon à former les contacts correspondants 18a, I9a, et 20a. Ces cames font entre elles un angle de 60 et sont décalées d'un angle égal, de fa- çon à délimiter la moitié de la circonférence du rotor.
Il en résulte que, pendant la rotation du commutateur E, le circuit du relais se trouve connecté successivement aux trois phases du circuit de charge C. Le contact 24a est actionné par le dernier plateau-came 24 et connecté à un conducteur reliant la borne négative du redresseur L à la terre. Le plateau-came 24 est pour- vu d'une came w pour fermer ce contact, cette came enveloppant la même moitié de la circonférence du rotor que les trois cames Y1, Y2 et Y3.
S'il se produit un défaut dans l'une des phases du circuit de charge C à la terre, le relais A répond par consé- quent pendant l'intervalle où la came Y1, Y2 ou Y3 ferme le con- tact correspondant 18a, I9a ou 20a. Un cadran 27 monté à une extrémité du rotor et une aiguille 28 montée sur l'axe de ce ro- tor indiquent de façon visible à laquelle des phases le relais est connecté à chaque instant.
Le circuit du relais peut 'être fermé à certains intervalles de temps qui sont déterminés par le commutateur rotatif E par l'une ou l'autre des deux phases du circuit de charge C, la liai- son avec la terre de la borne négative de l'arrivée de courant continu 1 étant déconnectée pendant ces intervalles de temps c'est-à-dire aux moments où le contact 24a du commutateur rotatif
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E n'est pas fermé par la came w. En vue de la détermination de ces intervalles de fonctionnement, le plateau-came 18 est pourvu d'une deuxième came zl, tandis que chacun des plateaux- cames 21 22, 23 est muni respectivement d'une came z4, z5 et z6 certaines de ces cames z1 et z4 à z6 délimitant partiellement entre elles les mêmes angles, leur ensemble délimitant la deu- xième moitié de la circonférence du rotor.
Les contacts 2Ia et 22a sont connectés, d'une part, à la borne négative de l'arrivée du courant continu L et, d'autre part, aux contacts auxiliaires Ils et 11t, tandis que le contact 23a est connecté d'une part, au relais A en parallèle avec les contacts 18a à 20a, et d'autre part, au contact auxiliaire 11a. S'il se produit un défaut d'iso- lement entre la première et la deuxième phases du circuit de charge C, le circuit venant du relais A se ferme par le contact I8a pendant l'intervalle de temps où ce contact est fermé par la came z-, par les contacts llr et Ils et par le contact 2Ia sur la borne négative de l'arrivée du courant continu. Le re- lais réagit par conséquent pendant l'intervalle de temps où le contact 2Ia est fermé, cet intervalle de temps représentant la moitié de la durée de fermeture du contact 18a.
Si un défaut d'isolement se produit entre la première et la troisième phases, le circuit du relais se ferme par le contact I8a, les contacts llr et 115 et le contact 22a sur la borne négative de l'arrivée de courant continu L pendant un certain intervalle ou laps de temps, tandis que les cames à recouvrement zl et z5 ferment toutes deux leurs contacts associés. Le relais A réagit par con- séquent pendant ce laps de temps. Enfin, s'il s'est produit un défaut d'isolement entre la deuxième et la troisième phases, le circuit du relais se ferme par le contact 23a, les contacts Ils et 11t et le contact 22a sur la borne négative de l'arrivée de courant continu L pendant un certain laps de temps, tandis que les cames z et z6 ferment toutes deux les contacts associés à elles.
Il en résulte que le relais A répond donc pendant ce
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laps de temps. Il suffit d'observer le cadrai 27 pour voir pen- dant lequel des six intervalles de temps cycliques la sonnerie 14 ou l'appareil avertisseur 16 fonctionne pour déterminer ins- tantanément l'emplacement du défaut d'isolement qui se produit dans. ou entre les phases.
En plus de contrôler la connexion du relais A et du cir- cuit de charge triphasé C, le commutateur rotatif E peut égale- ment contrôler la connexion entre le relais et le circuit D qui est représenté sous la forme d'un circuit de charge monophasé branché entre les phases S et T de l'arrivée du courant alterna- tif par le contacteur principal 12. Celui-ci est pourvu à cet effet de deux contacts auxiliaires 12s et 12t semblables aux contacts auxiliaires llr, Ils, et 11t du contacteur 11 et est connecté au commutateur rotatif E en parallèle avec les contacts Ils et 11t. -Le relais A réagit donc aux défauts d'isolement survenant dans le circuit de charge D pendant les mêmes laps de temps qu'en ce qui concerne la deuxième et la troisième phases du circuit C.
Le relais A qui est utilisé dans le système qui vient d'ê- tre décrit peut affecter diverses formes. A titre d'exemple, un relais de structure convenable est décrit ci -après en re- gard de la fig. 2. Ce relais comprend un noyau de fer doux 31 ayant la forme générale d'un H et placé horizontalement. Une des branches 32 de ce noyau 31 porte un enroulement 33 (qui correspond à l'enroulement 1 visible en fig. 1) pouvant 'être constitué par un grand nombre de spires de fil fin, de façon que cet enroulement ait un grand nombre d'ampères-tours ainsi qu'une grande résistance.
La branche adjacente 34 du noyau 31 porte un enroulement 35 (qui correspond à l'enroulement 2 visi- ble en fig. 1) comportant un moins grand nombre de spires de fil plus gros. les deux autres branches 36 du noyau 31 portent chacune la moitié d'un troisième enroulement 37 (qui corres- pond à l'enroulement 3 visible en fig. 1) comportant un nombre
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de spires encore plus petit, ces spires étant constituées par du fil plus gros que celui des spires de l'enroulement 35. Avec les branches 32 et 34 du noyau de fer doux 31 coopère une arma- ture 38 constituée par une barre rectiligne de fer doux fixée à un support 39 à profil en U qui est monté sur un axe 40 pivo- tant dans le bâti ou capot immobile (non représenté) du relais.
L'armature 38 est munie, de préférence, de saillies 41 en forme de lames qui, lorsque se manifeste l'attraction de l'armature par les faces polaires des branches 32 et 34 du noyau 31 peuvent pénétrer dans des cavités correspondantes 42 ménagées dans ces faces polaires, afin de réduire la réluctance. l'axe 40 porte un contacteur à mercure 43 qui correspond au contacteur 4 visi- ble en fig. 1. Avec les deux autres branches 36 du noyau 31 est associée une deuxième armature 44 construite et disposée de la même façon que l'armature 38 c'est-à-dire montée sur un support 45 en forme d'U, ce qui lui permet de pivoter sur un axe 46 monté pour pouvoir osciller dans le bâti ou capot et s'étendant parallèlement à l'axe 40.
En outre, l'armature 44 est munie d'un pont de contact 47 qui, lorsque s'exerce l'attraction, vient porter contre deux contacts 48, les éléments 47 et 48 for- mant le contact 5a du contacteur 5 visible en fig. 1 (l'autre contact 5b n'est pas visible dans la fig. 2). Les armatures 38 et 44 peuvent être de préférence mais pas nécessairement, intercon- nectées au moyen d'u accouplement formé de deux biellettes 49 et 50 et d'un levier 51 monté à pivotement dans le bâti du capot. Cet accouplement fonctionne de manière à maintenir l'ar- mature 38 dans sa position d'attraction quand l'armature 44 se trouve dans sa position attirée même si aucune force magnétique n'agit sur l'armature 38.
Comme la biellette 49 est reliée au support 39 de l'armature 38 au moyen d'un joint à bouton et bou- tonnière 52, l'attraction de l'armature 38 n'impose pas à l'ar- mature 44 d'être amenée positivement dans sa position attirée.
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La connexion dans le circuit du relais n'est indiquée dans la fige 2 que par les fils ; elleest simplifiée par comparaison avec la fig. 1 du fait qu'on a supprimé certains des contacts des contacteurs 4 et 5,
Les deux enroulements 33 et 35 sont étudiés au point de vue de leur nombre de spires et de leur résistance ohmique de telle sorte que la force magnétique produite par l'enroulement 33 à lui seul, voire en même temps que par l'enroulement 35, pour un faible passage du courant à travers les enroulements comme celui qui est occasionné par un léger défaut d'isolement pour la tension de contrôle existante, soit capable d'attirer l'armature 38 mais que, par ailleurs, la force due à l'enroule- ment 35 seul pour un passage de courant de même intensité soit insuffisante pour maintenir attirée l'armature 38.
Enfin, le troisième enroulement 37 est étudié de manière à n'attirer son armature 44 que sous l'effet d'un courant correspondant à une charge plus forte qui pourrait provoquer une chute de tension considérable dans l'enroulement 35, si celui-ci demeurait en circuit au lieu d'être shunté par les contacts 47 et 48.
Il doit étre entendu que l'invention n'est pas limitée aux constructions particulières qui viennent d'être décrites et que de nombreuses variantes de détail peuvent être apportées sans s'écarter des mêmes principes.
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Electromagnetic relay system which can be used in particular to check the state of insulation of electrical installations.
The present invention relates to electromagnetic relay systems and more particularly to systems of this type intended for monitoring the insulation of electrical installations.
The main object of the invention is to allow the realization of a relay system by means of which the state of isolation of electrical installations can be maintained under continuous control during periods when the installations are not in operation. under charge.
Another object of the invention is to allow the realization of a relay system by means of which the state of isolation of the electrical installations can be controlled, especially during the periods when these installations must be disconnected from the power supply. arrival of energy, from a central control station, in particular to allow, for example, the caretaker or supervisor of a plant to determine with great ease whether any part of the installation is placed
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under an electrical load or if, on the contrary, with the load disconnected an insulation fault exists somewhere.
Yet another object of the invention is to make it possible to produce a relay system by means of which the state of the insulation of the electrical installations can be revealed, especially during the periods when these installations are disconnected. measured in relation to the arrival of the current, and this in a central control post, thanks to the emission of warning or alarm signals, so as to allow a guard or a supervisor to distinguish between slight insulation faults causing only small current losses, more serious insulation faults or more generally conditions such as larger amounts of current flow through the installation or finally serious faults due to a short circuit in the installation.
According to the invention, the characteristic features of this electromagnetic relay system reside in the fact that at least one of the charging circuits of the electrical installation (for example of a lighting circuit) receives, at least during the periods without load, a control voltage via at least two windings connected in series of a relay which are capable of actuating a single armature of the relay and which, from the point of view of the number of turns and of its ohmic resistance, are studied so that, if a current flows through the windings under a current caused by a slight insulation fault occurring in the load circuit under the said control voltage, they attract the armature of the relay, in addition that the load circuit receives, when said armature is attracted,
while shunting one of the windings mounted in series, the operating voltage of the installation via only the other of said windings, this winding being studied in such a way from the point of view of the number of turns and of the value ohmic of its resistance, that,
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although it alone is not enough to keep the frame attracted. for the current which is produced by the normal operating voltage when a slight insulation fault occurs, including the load circuit, it is able to ensure this result for the current flowing for the minimum normal load in the circuit load, and finally that, when the armature of the relay is attracted, it controls a circuit which triggers warning or alarm signals.
The invention is described in detail in the remainder of this description and with reference to the appended drawings which represent, by way of example, a preferable embodiment of this electromagnetic relay system.
Fig. 1 is a diagram showing the various circuits of this relay system.
Fig. 2 is a schematic perspective view showing the mechanical structure of the relay.
As represented by the drawings and more particularly by FIG. 1, this relay system comprises a relay A provided with three windings 1, 2 and 3 mounted on a common soft iron core (not visible in fig. 1) and two armatures (not visible either in fig.l) of which one is actuated by windings 1 and 2 and the other of which is actuated by winding 3. A suitable mechanical embodiment of this relay is shown in fig. 2 and is described in detail below.
Each of the fittings is designed to control contactors 4 and 5 respectively.
Relay A is designed to be connected in a circuit connecting a direct current pipeline to a load circuit B such as a lighting network by means of a manually operated switch 6, so that, during periods when this load circuit is not actually under load, a predetermined control voltage is applied
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pleases him. The arrival of direct current can be ensured for example by a rectifier L supplied with alternating current via a transformer U and from an alternating current pipe which is represented in the form of a phase R d '' a three-phase supply circuit R, S, T.
The winding 1 is studied in such a way, from the point of view of the number of turns and an ohmic value of the resistance that it represents that, when it is connected in the circuit going from the arrival of the direct current to the load circuit B , it is able to attract the associated armature in the presence of a low current flowing through this winding such as that which may be caused by a slight insulation fault appearing in the load circuit B for the predetermined control voltage in question .
The winding 2 associated with the same armature as the winding 1 is mounted in series with respect to the winding 1 but under boosting conditions with respect to it via the rear contact 4a of the contactor 4 and is studied from in such a way, from the point of view of the number of turns and of the ohmic value of the resistance, that this winding is incapable of attracting the armature or even of keeping it attracted when it is traversed by the same weak current as the winding 1. Therefore, winding 1 is made up of a very large number of turns of high strength fine wire, while winding 2 is made up of a considerably smaller number of turns. thicker wire.
In addition, winding 2 is designed so as to be sufficient on its own to keep the armature attracted by the current flowing through its circuit in the presence of the normal minimum load of circuit B (under normal operating voltage) for example under the influence of the current which flows when a single incandescent lamp mounted in circuit B is traversed by the current. ] The third winding 3, which is mounted directly in series with the winding 2 is, studied in such a way, from the point of view of the number of its turns and of
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the ohmic value of the resistance that it represents, that it only draws the armature associated with it in the presence of a stronger current such as that which occurs for a relatively large load in circuit B .
The positive terminal of the direct current L input is connected to one of the terminals of the winding 1 by the contact 6a of the manually controlled switch 6. The direct current coming from the third winding 3 passes through another contact 6b of the switch 6 to pass into the load circuit B which can comprise a number of parallel connections 7, 8 and 9. The negative terminal of the arrival L of the direct current is earthed, this connection being interrupted periodically by a device and with a view to a result which will be described below.
The manually operated switch 6 is capable of occupying two positions in one of which the whole of the relay A is put to rest by the separation of the contacts 6a and 6b, while the arrival R of the alternating current is connected directly to the load circuit B via the contact 6a of the switch 6, so as to supply the required loads during the periods of current flow, for example to supply a mounted lamp 7a in series with an associated contactor 7b mounted in the branch circuit 7. In the other position that the manually operated switch 6 can take, the charging circuit B is cut off from its direct connection with the arrival of the alternating current and is connected to winding 3 of the relay through another contact 6c of switch 6.
The winding 2 of relay A is connected to the arrival of the alternating current by the front contact 4b of the contactor 4, so as to be excited by the alternating current when the associated armature is attracted, while this winding 2 is simultaneously disconnected from winding 1 and from the direct current input L following the opening of the rear contact 4b of contactor 4.
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The winding 3 which is designed to attract the armature of the relay A which controls the contactor 5 is connected to the arrival R of the alternating current by the front contact 5a of this contactor so as to be energized by the current. AC when this armature is attracted, the winding 2 which is connected to this current arrival R by the contact 4b being at the same time short-circuited by the contact 5a.
The system comprises a warning relay circuit comprising a relay 10, the rear contact 4c of the contactor 4, the rear contacts 11a and 12a of the respective main contactors 11 and 12 in order to respectively connect other load circuits C and D, which are described below, at the arrival R, S, T of the alternating current, a contact 13 mounted on a door or arranged under similar conditions, finally a direct current source constituted here, by way of example, by a V.
It will be understood that this direct current source however has the advantage of being constituted by a rectifier which can be the rectifier L which supplies the windings of the relay A although, to simplify the wiring diagram, a separate current source has been shown. . -The rear contact 10a of the relay 10 is mounted in a circuit starting from the direct current source V and passing through an electric bell 14 placed at the central control station.
The system also includes a second warning relay circuit comprising a relay 15, the rear contact 5b of the contactor 5, and the direct current source V. The rear contact 15a of the relay 15 is mounted in a circuit from the direct current source. V and passing through a sound device 16 intended to give the alarm, such as for example a siren.
The operation of this relay system as has just been described operates as follows:
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When each of the loads appearing in circuit B is disconnected and manually operated switch 6 is in the position shown, a control voltage is applied to this circuit from rectifier 1 and passing through the three windings of relays I, 2 and 3 which are connected in series. Contactors 4 and 5 of relay A then occupy the positions indicated.
Provided that the main contactors 11 and 12 of the load circuits C and D are in the open position for which these circuits are isolated from the incoming alternating current R, S, T and that the contact 13 mounted on the door is closed (that is to say that this door is closed, and even locked) the circuit of the warning relay 10 is closed and its rear contact IOa is open, so that the bell 14 does not sound. Likewise, the circuit of the warning relay 15 is closed and its rear contact I5a is open, so that the sound device 16 intended to give the alarm does not operate either.
If, on the other hand, a slight insulation fault occurs somewhere in load circuit B, the control voltage causes a slight current flow there which has the effect of energizing winding 1 (as well as windings 2 and 3 although to a lesser extent, or even inappreciable) to a sufficient degree / to allow it to attract the associated armature, so that the contactor 4 is controlled and causes the opening of the contact 4a, the closing of contact 4b and opening of contact 4c.
winding 1 is thus disconnected from rectifier L, and contactor 4 is automatically returned by the associated armature to its original position, which ensures the connection between the winding and the voltage to be checked. is operating, the AC inlet is connected to winding 2 following the closing of contact 4b but, as the insulation fault is low, the
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current flow through this winding is insufficient to keep the armature attracted. As a result, contactor 4 continuously oscillates between its two positions if an insulation fault occurs in circuit B. As a result of this operation of the contactor 4, its rear contact 4e is open.
This has the effect of opening the horn relay 10 circuit so that the electric bell 14 sounds intermittently following the oscillations of the switch 4.
If a small load such as that which results, for example, from the operation of an incandescent lamp 8a is connected to circuit B (while manually operated switch 6 still occupies the position shown), contactor 4 is controlled by the passage of the current coming from the arrival L as already described. However, in such a case, the alternating current which arrives under these conditions and which traverses the winding 2 following the closing of the contact 4b is sufficient to keep attracted the armature with which the contactor 4 is associated. As a result, the electric doorbell 14 rings continuously. This also occurs if the load is formed by a small resistor 8a placed in the branch circuit 8 which comprises a contact mounted on a door or a fire damper.
This resistor can be constituted for example by a red lamp.
The circuit of the relay 10 can also be opened by opening the contact 13 mounted on the door, so that the bell 14 will then sound continuously.
If a stronger load occurs in circuit B, for example if a contact intended to give the alarm in the event of fire closes the branch circuit 9 through a very weak resistance 9a, the alternating current coming in. in R and through windings 2 and 3 after the operation of the contactor 4 is strong enough to allow the winding 3 to pull.
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pull its armature and control the contactor 5. This causes the circuit of the relay 15 to be interrupted at the level of the rear contact 5b and closes the rear contact 15a, which triggers the operation of the fire alarm 16.
The relay system which is represented in fig. 1 is also designed to check the insulation of the charging circuits of a three-phase motor or more generally of a motor operating on alternating current such as those designated by C and D in fig. 1. If we consider first of all the three-phase circuit C, its main contactor 11 is equipped with three auxiliary contacts llr, Ils and 11t which are closed when the circuit is deprived of current and through which each of the phases of the load circuit C is connected to the relay A, in order to allow the passage of the current from the arrival L of the direct current and passing through the three windings 1, 2 and 3 of the relay and one of said auxiliary contacts to any of the phase circuits in which an insulation fault can occur.
The current path also passes through a resistor 18 connected in series with said windings, in order to protect the winding 3 from short-circuiting currents and through a contact 6c of the manually operated switch 6 which is closed when it is occupying. the position shown in fig. 1 but which is, on the contrary, open when it occupies the position for which it sends the current into circuit B as described previously and, moreover, by a multiple rotary switch E described below.
This multiple rotary switch E comprises a rotor consisting of axial sections 18 to 24 forming the same number of cam plates and, driven at constant speed by a motor 25 via a suitable gear 26. This motor 25 is energized. by a circuit connecting the phases R and S of the alternating current supply R, S, T passing through the rear contact 4d of the contactor 4 and through a contact 6e of the switch.
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tor 6 which is closed at the same time as contacts 6a and 6b.
The cam plates 18 to 24 respectively actuate contacts 18a to 24a, so as to close and open them at different times and for different periods of time. the circuit starting from relay A and passing through contact 6d passes through contacts 18a, 19a and 20a of rotary switch E which are connected in parallel. Each of these contacts is connected to one of the auxiliary contacts llr, Il, and 11t in the order shown. Each of the corresponding cam plates 18, 19 and 20 is provided with a cam y1, Y2 and Y3, so as to form the corresponding contacts 18a, I9a, and 20a. These cams form an angle of 60 to each other and are offset by an equal angle, so as to delimit half of the circumference of the rotor.
As a result, during the rotation of the switch E, the relay circuit is successively connected to the three phases of the load circuit C. The contact 24a is actuated by the last cam plate 24 and connected to a conductor connecting the negative terminal rectifier L to earth. The cam plate 24 is provided with a cam w to close this contact, this cam enveloping the same half of the circumference of the rotor as the three cams Y1, Y2 and Y3.
If a fault occurs in one of the phases of load circuit C to earth, relay A therefore responds during the interval in which cam Y1, Y2 or Y3 closes the corresponding contact 18a, I9a or 20a. A dial 27 mounted at one end of the rotor and a needle 28 mounted on the axis of this rotor visibly indicate to which phases the relay is connected at each instant.
The relay circuit can be closed at certain time intervals which are determined by the rotary switch E by one or the other of the two phases of the load circuit C, the connection with the earth of the negative terminal of the relay. the direct current input 1 being disconnected during these time intervals, that is to say at the moments when the contact 24a of the rotary switch
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E is not closed by the cam w. With a view to determining these operating intervals, the cam plate 18 is provided with a second cam zl, while each of the cam plate 21 22, 23 is provided respectively with a cam z4, z5 and z6 certain of these cams z1 and z4 to z6 partially delimiting the same angles between them, their whole delimiting the second half of the circumference of the rotor.
The contacts 2Ia and 22a are connected, on the one hand, to the negative terminal of the direct current input L and, on the other hand, to the auxiliary contacts Il and 11t, while the contact 23a is connected on the one hand , to relay A in parallel with contacts 18a to 20a, and on the other hand, to auxiliary contact 11a. If an insulation fault occurs between the first and second phases of load circuit C, the circuit coming from relay A closes by contact I8a during the time interval when this contact is closed by cam z-, by contacts llr and Ils and by contact 2Ia on the negative terminal of the direct current arrival. The relay therefore reacts during the time interval in which the contact 2Ia is closed, this time interval representing half of the closing time of the contact 18a.
If an insulation fault occurs between the first and the third phases, the relay circuit closes via contact I8a, contacts llr and 115 and contact 22a on the negative terminal of the direct current supply L during a certain interval or period of time, while the overlapping cams z1 and z5 both close their associated contacts. Relay A therefore reacts during this time. Finally, if an insulation fault has occurred between the second and third phases, the relay circuit closes by contact 23a, contacts Il and 11t and contact 22a on the negative terminal of the input. of direct current L for a certain period of time, while the cams z and z6 both close the contacts associated with them.
As a result, relay A therefore responds during this
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time lapse. It suffices to observe the frame 27 to see during which of the six cyclic time intervals the buzzer 14 or the warning device 16 operates to instantly determine the location of the insulation fault which occurs in. or between phases.
In addition to controlling the connection of relay A and three-phase load circuit C, rotary switch E can also control the connection between relay and circuit D which is shown as a single-phase load circuit. connected between phases S and T of the alternating current supply via the main contactor 12. This is provided for this purpose with two auxiliary contacts 12s and 12t similar to the auxiliary contacts llr, Ils, and 11t of contactor 11 and is connected to the rotary switch E in parallel with the contacts Il and 11t. -Relay A therefore reacts to insulation faults occurring in load circuit D for the same time periods as for the second and third phases of circuit C.
The relay A which is used in the system which has just been described can take various forms. By way of example, a relay of suitable structure is described below with reference to FIG. 2. This relay comprises a soft iron core 31 having the general shape of an H and placed horizontally. One of the branches 32 of this core 31 carries a winding 33 (which corresponds to the winding 1 visible in FIG. 1) which can be formed by a large number of turns of fine wire, so that this winding has a large number of ampere-turns as well as great resistance.
The adjacent branch 34 of the core 31 carries a winding 35 (which corresponds to the winding 2 visible in FIG. 1) comprising a smaller number of turns of larger wire. the other two branches 36 of the core 31 each carry half of a third winding 37 (which corresponds to the winding 3 visible in FIG. 1) comprising a number
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even smaller turns, these turns being formed by wire larger than that of the turns of the winding 35. With the branches 32 and 34 of the soft iron core 31 cooperates an armature 38 consisting of a rectilinear iron bar soft fixed to a U-profile support 39 which is mounted on a pivoting pin 40 in the stationary frame or cover (not shown) of the relay.
The frame 38 is provided, preferably, with projections 41 in the form of blades which, when the attraction of the frame by the pole faces of the branches 32 and 34 of the core 31 manifests itself, can penetrate into corresponding cavities 42 formed in the frame. these polar faces, in order to reduce reluctance. the axis 40 carries a mercury contactor 43 which corresponds to the contactor 4 visible in fig. 1. With the other two branches 36 of the core 31 is associated a second frame 44 constructed and arranged in the same way as the frame 38, that is to say mounted on a U-shaped support 45, which for it allows to pivot on an axis 46 mounted to be able to oscillate in the frame or cover and extending parallel to the axis 40.
In addition, the armature 44 is provided with a contact bridge 47 which, when the attraction is exerted, bears against two contacts 48, the elements 47 and 48 forming the contact 5a of the contactor 5 visible in FIG. . 1 (the other contact 5b is not visible in fig. 2). The frames 38 and 44 may be preferably, but not necessarily, interconnected by means of a coupling formed of two links 49 and 50 and of a lever 51 pivotally mounted in the frame of the cover. This coupling operates in such a way as to maintain the frame 38 in its attracting position when the frame 44 is in its attracted position even if no magnetic force acts on the frame 38.
As the link 49 is connected to the support 39 of the frame 38 by means of a button and buttonhole joint 52, the attraction of the frame 38 does not require the frame 44 to be positively brought into its attracted position.
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The connection in the relay circuit is shown in fig 2 only by the wires; it is simplified by comparison with FIG. 1 because some of the contacts of contactors 4 and 5 have been deleted,
The two windings 33 and 35 are studied from the point of view of their number of turns and of their ohmic resistance such that the magnetic force produced by the winding 33 alone, or even at the same time as by the winding 35, for a weak passage of current through the windings such as that caused by a slight insulation fault for the existing control voltage, is capable of attracting the armature 38 but that, moreover, the force due to the winding 35 alone for a current flow of the same intensity is insufficient to keep the armature 38 attracted.
Finally, the third winding 37 is designed so as to attract its armature 44 only under the effect of a current corresponding to a higher load which could cause a considerable voltage drop in the winding 35, if the latter remained in circuit instead of being shunted by contacts 47 and 48.
It should be understood that the invention is not limited to the particular constructions which have just been described and that numerous variations in detail can be made without departing from the same principles.