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PERFECTIONNEMENTS AUX DISPOSITIFS DE PROTECTION CONTRE LES MISES
A LA TERRE DE CIRCUITS ELECTRIQUES POLYPHASES.
La présente invention a pour objet des perfectionnements aux dis- positifs de protection contre les pertes à la terre, dans les circuits élec- triques polyphasés.
Les circuits a protéger peuvent comporter des câbles, des méca- nismes de contrôle, des moteurs, des transformateurs ou autres appareils électriques normalement isolés par rapport à la terre; ces appareils sont normalement connectés à une source d'énergie, par l'intermédiaire d'un dis- joncteur, d'un contacteur ou analogue, prévus pour fonctionner par l'exci- tation ou la désexcitation d'une bobine de commande.
Dans de telles installations, ¯on sait que les circuits sont pro- tégés lorsqu'ils sont sous tension, de telle sorte qu'une mise à la terre fait immédiatement ouvrir le disjoncteur. De tels dispositifsde protection comportent un transformateur d'équilibre à noyau, dont l'enroulement de sor- tie est relié à l'enroulement d'un relais, qui contrôle des contacts insé- rés dans le circuit de la bobine de commande du disjoncteur. Il est égale- ment connu de s'arranger pour qu'à la suite d'une ouverture du disjoncteur, provoquée par un défaut,ce disjoncteur ne puisse être refermé tant que le défaut persiste.
Il est toutefois important, en particulier lorsqu'il s'agit de la protection de machines dans les mines et autres installations travail- lant dans des conditions difficiles, d'obtenir que, si un défaut se produit pendant que l'installation n'est pas mise,sous tension, il soit impossible de refermer le disjoncteur. '
La présente invention,. applicable à la fois aux sources d'énergie à neutre mis, ou non, à la terre, a pour objet un dispositif protecteur qui fonctionne non seulement pour déconnecter de la source d'énergie le circuit à protéger, en cas de défaut lorsqu'il est sous tension, et pour maintenir le circuit déconnecté tant que le défaut persiste, mais encore pour empêcher
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la mise sous tension du circuit sur la source, lorsqu'un défaut s'est pro- duit pendant que le circuit n'était pas sous tension.
Conformément à la présente invention, dans uri dispositif de pro- tection contre les mises à la terre, dans une installation à fil neutre i- solé, l'enroulement d'un relais est connecté en série avec une source loca- le de courant connectée entre la terre et le centre de l'étoile d'un systè- me d'impédances ou de redresseurs, connectés en étoile aux conducteurs du circuit à protéger, ce relais étant destiné à contrôler la connexion dudit circuit avec la source d'énergie, d'une manière telle que, si du courant circule dans l'enroulement du relais lorsque le circuit est sous tension, le relais fonctionne et déconnecte le circuit de la source, alors que si du courant traverse le relais quand le circuit à protéger n'est pas sous tension, le relais empêche de reconnecter le circuit à la source.
On remarquera que, dans ce dispositif, si un défaut se produit lorsque le circuit n'est pas sous tension, un circuit s'établit entre la source de courant, l'enroulement du relais, les impédances en étoile, le circuit à protéger le défaut, et revient? la source par la terre. Le cou- rant traversant ce circuit dépend de la résistance du défaut, mais, par un choix judicieux de la sensibilité du relais et de la tension de la sour- ce locale de courant, on peut détecter des défauts ayant une résistance éle- vée.
Si le défaut se produit quand le circuit à protéger est sous ten- sion, l'enroulement du relais et la source de courant sont connectés en sé- rie avec la résistance du défaut, aux bornes de l'une des impédances en é- toile, de telle sorte que le circuit est soumis à la pleine tension du ré- seau et que le relais fonctionne alors.
Les impédances connectées en étoile peuvent être des résistances, des inductances ou des capacités, mais, dans certains cas, il est préféra- ble d'utiliser des conducteurs unidirectionnels, par exemple des redresseurs secs, au lieu d'impédances, car de tels dispositifs n'introduisent pas d'im- pédance appréciable dans le circuit du relais, et, toutes choses égales d'ailleurs, on peut détecter des défauts ayant une résistance encore plus élevée.
Si un défaut se produit lorsque le circuit à protéger est sous tension, un courant trop important peut tendre à traverser l'enroulement du relais, en particulier, quand-on utilise des redresseurs connectés en étoi- le. Pour éviter cet inconvénient, une impédance est connectée en série avec l'enroulement du relais, lorsque le circuit à protéger est sous tension, cette impédance étant déconnectée lorsque le circuit à protéger n'est plus sous tension. Par exemple, quand un disjoncteur sert à connecter la source et le circuit à protéger, ce disjoncteur peut comporter deux contacts ad- ditionnels qui se-ferment en court-circuitant ladite impédance quand les contacts principaux s'ouvrent.
La source locale de courant peut être avantageusement constituée par le secondaire d'un transformateur abaisseur, dont le primaire est con- necté à la source d'énergie. Si on le désire, le courant de sortie de ce transformateur peut être redressé, de manière à faire fonctionner le relais en courant continu.
Avec le dispositif tel que décrit ci-dessus, on voit que celui-ci ne peut pas servir à détecter des défauts lorsque le circuit a protéger est sous tension, si la source d'énergie a son neutre à la terre, car cette ter- re jouerait le rôle d'un défaut.
Dans ce cas, et conformément à une variante de l'invention, un dispositif analogue à celui décrit ci-dessus est utilisé quand le circuit à protéger n'est pas sous tension, et des moyens additionnels sont prévus pour assurer la protection du circuit, quand il est sous tension. De tels moyens peuvent être constitués par des dispositifs à surcharge, insérés, dans chaque phase du circuit à protéger. En variante, on pourrait utiliser,, comme connu, un transformateur d'équilibre à noyau.
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Dans ces dernières réalisations de l'invention, la partie.du.. dispositif qui assure la protection, quand le circuit n'est pas sous ten- sion,est rendue inopérante quand le circuit est mis sous tension,-Dans ce but, des contacts peuvent être insérés dans le circuit de l'enroulement du relais et de la source locale, ces contacts étant fermés quand le.circuit à protéger n'est pas sous tension, et étant ouverts quand ce circuit est sous tension. De tels contacts peuvent être constitués par des contacts de *retour du disjoncteur général, ou on peut les commander par un relais dont l'enroulement de commande est inséré dans le circuit de la bobine de com- mande du disjoncteur.
Selon cette dernière variante, le relais qui est inséré en cir- cuit avec la source locale et qui assure la protection quand le circuit à protéger n'est pas sous tension, peut servir également de relais, actionné par le transformateur d'équilibre à noyau, qui assure la protection quand le circuit à protéger est sous-tension,
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se reportant à la description qui suit et aux dessins qui l'accompagnent à titre'd'exemples non limitatifset dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif de protection de type con- nu, utilisé dans un système polyphasé à neutre isolé.
- les figures 2 à 6 représentent diverses variantes de disposi- tifs de protection conformes à l'invention, utilisables dans des circuits polyphasés à neutre isolé.
- la figure 7 représente un système complet de protection dans un système polyphasé à neutre isolé.
- la figure 8 représente un dispositif de protection conforme à l'invention dans un système polyphasé, à neutre mis à la terre.
- les figures 9 & 10 en sont des variantes, et - la figure 11 représente un système complet de protection dans un système polyphasé à neutre mis à la terre, conforme à l'invention.
En se reportant fig. 1, on voit que le circuit à protéger com- porte les lignes 1, connectées à une source d'énergie 2 par un disjoncteur 3. La source a son neutre isolé et un neutre artificiel est créé dans le circuit à protéger par des inductances 4 connectées en étoile. Un relais R est connecté entre le neutre artificiel et la terre.
Si un défaut se pro- duit entre l'une des lignes 1 et la terre, quand ces lignes sont sous ten- tion, le relais est connecté en série avec la résistance du défaut, aux bornes de l'une- des inductances, et le passage du courant fait fonctionner le relais, soit pour signaler la présence du défaut, soit pour fermer un circuit commandant l'ouverture du disjoncteur- 3. On voit que ce dispositif connu ne peut pas fonctionner par lui-même pour maintenir le disjoncteur ouvert tant que le défaut persiste, et il ne-peut pas non plus empêcher la- fermeture du disjoncteur, si un défaut s'est produit pendant que- le cir- cuit à protéger n'était pas sous tension..
¯Ces dernières caractéristiques sont au contraire satisfaites, conformément à l'invention, dans la variante de la figure 2.
Dans ce cas, applicable à un système à neutre isolé, des impé- dances 5 (résistances, inductances ou capacités) sont connectées en étoile sur les lignes 1, et un relais R est connecté entre-le centre de l'étoile et une source locale de courant, par exemple le secondaire 6 d'un transfor- mateur 7, dont le primaire est alimenté par une- source alternative appro- priée.
Lorsque, dans un tel dispositif, le disjoncteur 3 est ouvert, on voit que si un défaut survient entre l'une des phases et la terre, du courant circulera depuis la source 6 dans le- circuit comportant le relais
R, la branche intéressée des impédances 5, la ligne 1 et le défaut. Le fonctionnement résultant du relais peut être prévu pour ouvrir des con-
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tacts dans le circuit de commande du disjoncteur 3, de manière que ce der- nier ne puisse être refermé tant que le défaut persiste. Si un défaut se produit lorsque le circuit à protéger est sous tension, le dispositif fonc- tionne à la manière de celui de la figure 1.
Comme représenté fig. 3, les impédances 5 en étoile ont été rem- placées par des redresseurs 8 connectés en'étoile. Ce dispositif présente certains avantages sur celui de la figure 2, car comme les redresseurs nin- troduisent pas d'impédance appréciable dans le circuit du relais R, toutes choses étant égales' d'ailleurs, on peut détecter des défauts ayant une ré- sistance plus élevée, et éviter ainsi des pertes d'énergie plus grandes, que si l'on avait utilisé des impédances.
On remarquera que le centre de l'étoile des redresseurs n'est pas à un potentiel neutre, mais qu'il sera positif ou négatif, suivant le sens de leur connexion, de telle sorte que si un défaut se produit quand le circuit à protéger est sous tension, le relais sera connecté aux bornes d'u- ne source de courant redressé.
Pour limiter le courant traversant le relais R, quand un défaut se produit lorsque le circuit est sous tension, il est préférable (figure 4) d'insérer dans le circuit du relais, une impédance 9, court-circuitable par'les contacts 10, lorsque le circuit à protéger n'est plus sous tension.
De préférence, ces contacts 10 sont disposés sur le disjoncteur 3; ils sont ouverts quand, le disjoncteur est fermé; ils sont fermés quand le disjonc- teur est ouvert.
Les dispositifs des figures 5 & 6 permettent d'augmenter la sen- sibilité du dispositif de protection.
Dans la figure 5, le courant de sortie de la source 6 est re- dressé au moyen de redresseurs en pont, dont la sortie en courant continu est insérée en série entre le. relais R et la terre. Dans la figure 6, le relais R es-t shunté par un redresseur 13.
La figure 7 représente un ensemble de protection conforme aux figurer 3, 4 & 6, pour protéger un moteur M.
Ce moteur est connecté à la source d'énergie par les contacts C3 d'un disjoncteur, et un sectionneur I. En fonctionnement normal, après que le sectionneur a été fermé, le moteur est mai en route par le fonction- nement d'un interrupteur de démarrage D, qui ferme un circuit comprenant : les contacts normalement fermés de l'interrupteur d'arrêt Rl, les contacts normalement fermés R, et la bobine de commande C du. disjoncteur, ce circuit étant compris entre deux phases de la ligne- principale. Le disjoncteur se ferme et, en même- temps, les contacts normalement ouverts C2 se ferment, pour court-circuiter D, et les contacts normalement fermés Cl s'ouvrent pour insérer la résistance 9 dans le circuit du relais R.
Le moteur M étant ainsi alimenté, si une mise à la terre se pro- duit, le courant traversant le relais fait ouvrir ses contacts Rl, ce qui ouvre le circuit de la bobine C du disjoncteur, qui ouvre ses contacts C2 et C3, et ferme-les contacts CI.' Tant que le défaut persiste, le courant circulant dans le relais et le défaut maintient l'ouverture des contacte Rl, ce qui rend impossible l'alimentation de la bobine G et la fermeture des contacts C3 du disjoncteur.
De même, quand le système n'est pas sous tension et qu'un défaut s'est produit, lorsqu'on ferme le sectionneur I, le courant de la source 6 traversera ce défaut et le relais R, dont les contacts Rl s'ouvriront, em- pêchant ainsi la fermeture du disjoncteur.
On voit que le système de protection décrit dans ce qui précède ne peut pas servir quand le circuit à protéger est sous tension et que le neutre de la source est à la terre, car le circuit de protection ne peut pas faire la discrimination entre cette mise à la terre et un défaut en- traînant une mise à la terre. Il est possible d'utiliser les systèmes préeé- dents, lorsque-le neutre est mis à la terre par une résistance ou une impé-
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dance, mais il se produirait une perte de sensibilité, car un défaut ne fait alors qu'augmenter le courant circulant déjà dans le circuit du relais R.
Dans une variante du dispositif de protection conforme à l'inven- tion, les systèmes ci-dessus sont prévus pour fonctionner quand le circuit à protéger n'est pas sous tension, et des moyens auxiliaires sont prévus pour détecter les défauts, quand le circuit est sous tension. Ces moyens peuvent être un de ceux bien connus, qui protègent contre les mises à la terre, quand le neutre est lui-même mis à la terre.
On peut par exemple, insérer des dispositifs à surcharge dans chaque phase et prévus de telle sorte qu'en fonctionnant, ils ouvrent le circuit de commande du disjoncteur. En variante, on peut utiliser des sys- tèmes connus à transformateur d'équilibre à noyau.
Un système de protection conforme à l'invention est représenté figure 8 avec neutre à la terre.
Le schéma ressemble à celui de-la figure 7, sauf en ce qu'un transformateur d'équilibre T à noyau est insérer entre le disjoncteur et le moteur M. Un-relais P est connecté à l'enroulement de sortie de T et com- porte des contacts Pl normalement fermés, disposés dans le circuit de la bobine C; de cette façon, si l'équilibre est rompu du fait d'une mise à la terre, pendant que l'installation est sous tension, les contacts Pl s'ou- vrent, coupant le circuit de la bobine C et faisant ouvrint les contacts C3.
De même que dans la figure 7, les contacts C1 se ferment quand les contacts C3 s'ouvrent, mais dans la présente variante, ils fonction- nent de manière à connecter, avec le circuit à protéger, le circuit indi- cateur de défauts comprenant le relais R et la source 6.
L'une quelconque des variantes de ce circuit indicateur des fi- gures 2 à 7 peut être utilisé.
Le transformateur T assure donc la protection quand le circuit à protéger est sous tension, alors que le circuit comportant le relais R et la source 6 assure la protection quand le circuit à protéger n'eat pas sous tension.
La figure 9 représente une variante de la figure 8. Dans ce cas, le transformateur T est circulaire, ce qui convient mieux lorsqu'une plus grande sensibilité est nécessaire, car il présente une bonne stabilité lors d'un défaut. L'enroulement de sortie du transformateur est connecté au pont de redresseurs 14, de sorte-que le relais P peut fonctionner en courant continu. Une résistance L5 en série et une résistance non linéaire 16 sont prévues- pour limiter les-pointes de tension sur le redresseur 14, s'il sur- vient un défaut important.
Le circuit détectant la faute est essentiellement le même que ce- lui de la figure 5.
Les systèmes des figures 8 & 9 peuvent être simplifiés comme re- présenté figure 10, en ce sens que les relais R & P des figures 8 & 9 sont remplacés par un seul et même relais RP. Le fonctionnement est identique- ment le même.
La figure Il représente- un dispositif complet de protection, ba- sé sur les caractéristiques des figures 8 & 10, et comportant un système con- nu de démarrage à distance dû-moteur M.
Le circuit détecteur des mises à la terre est le même que celui de la figure 10. Toutefois la source 6, qui peut fournir une tension d'en- viron 50 V au relais RP, et les redresseurs en étoile 8, qui fournissent une tension inférieure,7,5 V environ, envoient du courant à un dispositif de démarrage à distance.
Lorsque l'interrupteur 20 est mis en position D de démarrage, le courant circulant dans ce circuit alimente le relais S'qui ferme les con- tacts normalement ouverts SI dans le circuit de la bobine C. Les contacts
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C3 se ferment, alimentent le moteur M et les contacts Gl s'ouvrent. Si un défaut se produit sans ces conditions, le courant, fourni par le secondai- re du transformateur T, traverse le redresseur 14 et le relais RP, ce qui fait ouvrir les contacts normalement fermés RPl, et fermer les contacts nor- malement ouverts RP2, ce qui fait allumer une lampe L de signalisation.
L'ouverture des contacts RP1 désexcite le relais S, dont les con- tacts Sl s'ouvrent et coupent le courant dans la bobine C du disjoncteur.
Les contacts C3 s'ouvrent alors, ce qui déconnecte le moteur M, et les con- tacts Cl se-ferment, ce qui connecte alors le système à protéger avec le re- lais RP et la source 6, par les redresseurs en étoile 8. Le courant circu- le-ra dans ce circuit aussi longtemps que le défaut persistera, de telle sorte que les contacts RP1 ne peuvent plus se refermer.
De même manière, si un défaut se produit lorsque le circuit à protéger n'est pas sous tension, le courant traversant les redresseurs 8, le relais RP et le défaut fera ouvrir les contacts RPl, de telle sorte que le circuit du relais S ne peut pas être fermé pour alimenter'la bobine C.
Le système assure donc la protection désirée, que le circuit soit ou non sous tension.
Dans quelques cas, il est préférable que les contacts 10 de la fig. 4, ou les contacts Cl des figures 7 à 11, qui peuvent être constitués par des contacts de retour du disjoncteur, soient prévus pour se fermer un peu après que les contacts principaux se sont ouverts, quand ces contacts n'ont plus d'arc jaillissant entre eux et que toute force électromotrice pro- venant du moteur a disparu. Ces contacts peuvent alors être commandés en va- riante, au moyen d'un relais différé, dont la bobine d'excitation est insé- rée dans le -circuit de la bobine C de commande du disjoncteur.
Bien qu'on ait décrit et représenté quelques variantes préférées de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limi- ter à ces formes particulières données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que, par conséquent, toutes les variantes u- tilisant les mêmes moyens techniques et ayant même objet que les disposi- tions indiquées ci-dessus rentreraient comme elles dans le cadre de l'in- vention.