<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention concerne la protection des systèmes électriques par relais et plus précisément les dispositifs pour la protection de l'homme contre l'électrocution par la caténaire d'une locomotive électrique, particulièrement dans les mines.
On connaît des dispositifs pour protéger l'homme contre l'électrocution par la caténaire de la locomotive électrique qui sont basés sur le principe d'ap- plication d'un courant haute fréquence sur le courant de la caténaire.
Ces dispositifs comportent un générateur haute fréquence,branché au fil de contact du réseau par l'intermédiaire d'un démodulateur de phase. Pour la réduc- tion des fuites de courant haute fréquence à la terre, il est alors établi entre la source d'alimentation de la caté- naire et le fil de contacta et entre le fil de contact et les moteurs électriques de la locomotive électrique des bar- rières haute fréquence sous forme de circuits LC.
Au démodulateur de phase est appliquée une tension de valeur et de phase constantes (de commutation) issus du haute fréquence, et une tension haute fréquence de valeur et de phase variables issue de la caté- naire, celle-ci étant également raccordé,-, eu générateur haute fréquence.
A l'entrée du démodulateur de phase se forme une valeur moyenne de la tension proportionnelle à la projection
EMI1.1
G.i vecteur {Punc t=n-sim=t de valeur et de ph8e 9ariDbls sur le vecteur de la tension de copulation.. Si les vecteurs des tensions appliquées forment entre eux un angle droite la com-
EMI1.2
pos'snto constente du com'ant à la sertie du démodulateur de phase sers nulle.
<Desc/Clms Page number 2>
Le secteur protégé de la caténaire au- quel est raccordée la barrière haute fréquence, et la bar- rière haute fréquence de la locomotive électrique compor- tent des caractéristiques fréquence-phase identiques, ce qui assure un décalage des phases, donc et des vecteurs de tension au démodulateur de phase, de 90 degrés. Le ré- glage des combes fréquence-phase est réalisé à l'aide d'une bobine d'induction variable supplémentaire qui sera réglée à la ma in.
Lorsque dans le fil de contact de la ca- ténaire apparaissent des fuites-(contacts humains,modifi- cations des paramètres du réseau) à la sortie du démodula- teur un courant sera débité qui diffère de 0 et qui est ame- né au circuit de commande du contacteur de la caténaire (voir brevet d'invention d'URSS n 111833 "Dispositifs pour la pro- tection des caténaires de mine pour traction électrique con- tre les fuites", V.I. Drémov,octobre 1958).
Dans les dispositifs connus du type indiqué, il est nécessaire de réaliser un réglage à la main lors des modifications progressives des paramètres de la caténaire pen- dant le-processus d'exploitation : modification de la capaci- té, de l'inductance, de la résistance d'isolement à la suite du vieillissement des isolateurs, du dép8t des poussières de charbon, etc...
Le réglage du montage à la main est aussi nécessaire lors des variations brusques des paramètres du réseau, ce qui a lieu lors des coupures ou de l'enclenche- ment des différents secteurs du fil de contact.
En outre, dans les dispositifs connus, la possibilité de fuite importante du courant n'est pas éliminée lorsque le fil contacte le charbon, e t dans les cas d'incon- die.
Le but de la présente invention est d'élimi-
EMI2.1
ner les inconvénients cités ,',,',X,''p:u',d'e3
<Desc/Clms Page number 3>
L'invention vise un dispositif pour la protection de l'homme contre l'électrocution lors du contact accidentel au fil de contact des locomotives électriques, plus particulièrement dans les mines, qui tout en étant d'une construction simple, assurerait une protection efficace lors des variations brusques ou pro- gressives des paramètres de la caténaire.
Suivant la présente invention cet objectif est atteint en intercalant entre la sortie du démodulateur de phase et la caténaire une bobine d'induction autoréglable pour la compensation automatique de la modification des paramètres de la caténaire, et entre le fil de contact et le rail est branché un bloc de contrôle de l'isolement qui agit sur la commande à l'aide du contacteur de réseau en fonction sdon la valeur de la résistance du fil de con- tact par rapport au rail, et qui exclut de cette façon la possibilité d'appliquer la tension de puissance au fil de contact si la résistance d'isolement de celui-ci est infé- rieure à la résistance du corps humain.
Dans la version considérée comme la plus favorable et réalisée suivant l'invention, il est préférable de brancher la bobine d'induction autoréglable à la sortie du démodulateur de phase par l'intermédiaire d'un amplifi- cateur.
Il est alors avantageux de brancher le bloc de contrôle de l'isolement caténaire au fil de con- tact par l'intermédiaire d'un barrage.
Le bloc de contrôle de l'isolement serait de préférence réalisé sous forme d'un point de mesure dans l'une des diagonales duquel est intercalée la source de cou- rant continu, et dans l'autre un dispositif à relais dont la
<Desc/Clms Page number 4>
sortie est raccordée au circuit de commande par le con- tacteur du réseau.
Le dessin annexé représente le schéma de principe d'un dispositif conformément à l'invention en une forme approximative de réalisation.
Le dispositif conporte une bobine d'in- duction autoréglable 1 branchée à la sortie du démodula- teur de phase 2 par l'intermédiaire de l'amplificateur 3 et de l'indicateur 4 de sortie du démodulateur de phose 2.
Le démodulateur de phase 2 comporte un transformateur de tension 5, un transformateur de courant 6 et un détecteur annulaire 7.
La tension débitée par le générateur haute fréquence 8 par l'intermédiaire du circuit de déphasage 9 à l'enroulement primaire du transformateur 5 assure la commuta. tion.
La tension de sortie du générateur 8 est appliquée au rail 10, et par l'intermédiaire de l'enroule- ment primaire du transformateur 6 et par le condensateur 11, au fil de contact 12 do la caténaire alimentant les locomo- tives électriques 13.
Au fil de contact 12, par l'intermédiaire du contacteur 15 et de la barrière haute fréquence 16, est simultanément branché le pôle positif du redresseur de puis- sance 14. Le pôle négatif du redresseur 14 est branché au rail 10.
Les barrières haute fréquence 16 et 16' sont prévues pour la réduction des fuites du courant haute fréquence par le redresseur 14, les moteurs 18,19 et les phares 20 de la locomotive électrique 13.
Les condensateurs 21,22 intercalés entre
<Desc/Clms Page number 5>
les barrages 16,16' et le rail 3.0 assurent une valeur constante du courant haute fréquence passant par les barrages en question, et limitent l'influence des cou- pures et des connexions du redresseur 14 et des moteurs 18 et 19 de la locomotive électrique 13.
La tension à l'enroulement primaire du transformateur 6 est proportionnelle au courant haute fré- quence passant par les barrages 16,16', le fil de contact 12, la bobine d'induction autoréglable 1 et par une capa- cité ou inductance 23 variable.
Le courant et la tension à la sortie du démodulateur de phase 2 sont proportionnels à la valeur du courant haute fréquence passant par l'enroulement primaire du transformateur 6, et au cosinus de l'angle compris entre le vecteur de ce courant et le vecteur de la tension de com- mutation que débite le générateur 8 par l'intermédiaire du circuit de déphasage 9. Donc, le courant et la tension à la sortie du démodulateur de phase 2 peuvent modifier leur va- leur et leur polarité en fonction des paramètres du secteur et du caractère des fuites(capacitive, inductive ou ohmique).
La caractéristique du circuit de déphasage 9 ainsi que les caractéristiques fréquence-phase des barrières 16' des locomotives électriques 13(sur schéma est représentée une locomotive électrique, la caténaire et sa barrière 16) sont choisies de telle manière, qu'entre la tension de connu- tation et le courant de haute fréquence de la phase, les phases soient décalées de 90 . Cette condition est obtenue grâce à la constance des caractéristiques fréquence-phase des barrières 16' des locomotives électriques 13, et à la possibilité de réglage manuel des caractéristiques fréquence- phase de la caténaire et de sa barrière 16 à l'aide de la bobine d'induction variable 23. Le contrôle du réglage est alors réalisé d'après l'indicateur 4.
Le choix du déphasage à 90 a été réalisé
<Desc/Clms Page number 6>
@ afin d'obtenir à la sortie du démodulateur de phase 2 une tension nulle lorsque les paramètres du réseau sont normaux.
Lors des variations des paramètres du réseau, ce qui a lieu par exemple quand une personne tquche le fil de contact 12, ou lorsque le deuxième sec- teur 12' du fil de contact 12 est branché à l'aide du dis- joncteur 15', à la sortie du démodulateur de phase 2 appa- rait une tension et un courant (les secteurs 12 et 12' sont partagés par l'isolateur 12").
Lorsque le courant apparaît à la sortie du démodulateur de phase 2, le circuit de commande 24 du contacteur 15 déclenche le circuit de puissance.
Le temps qui s'écoule entre le moment de la variation des paramètres de la caténaire et le moment où la tension de puissance est coupée ne dépasse pas 0,2s.
Le courant du démodulateur de phase 2 est simultanément débité à la bobine d'induction autoréglable 1 par l'intermédiaire de l'amplificateur 3. La bobine d'induc- tion autoréglable 1 est réalisée sur des noyaux toroïdaux en matière ferro-magnétiques, et comportent : un enroule- ment de compensation 25, intercalé entre le rail 10 et le fil de contact 12 par l'intermédiaire du condensateur 11; un enroulement de commande 26, branché à la sortie de l'am- plificateur 3; un enroulement de décalage 27 auquel est dé- bité le courant du redresseur( le redresseur n'est pas re- présent sur le schéma).La valeur de ce courant est réglée à l'aide de la résistance variable 28 afin de choisir le point de service sur la caractéristique magnétique dela matière ferromagnétique.
Le courant à la sortie du démodulateur de phase 2 est amplifié dans l'amplificateur 3 pour être en-
<Desc/Clms Page number 7>
ensuite débité à l'enroulement 26 de la bobine d'in- duction autoréglable 1. L'interaction entre les cou- rants de'l'enroulement de décalage 27 et de l'enroule- ment de commande 26 est modifiée à l'aide de la perméa- bilité magnétique des noyaux de la bobine d'induction autoréglable 1, en réduisant sa valeur ou en l'augmen- tant si les courants en question ne coïncident pas ou coïncident suivant leur direction.
La valeur des modifications de la per- méabilité magnétique du noyau, lors de la présence de va- , leurs constantes de l'intensité dans l'enroulement de dé- calage, est proportionnelle à la variation de l'intensité dans l'enroulement de commande 26. Donc, la valeur de l'in- ductance de l'enroulement de compensation 25 augmentera ou se réduira également proportionnellement à la valeur et au sens du courant dans l'enroulement de commande 26.
. Les paramètres de la bobine d'induction autoréglable 1 et de l'amplificateur 3 sont choisis de fa- çon à ce que la modification de l'inductance'de,l'enroule- ment de commande 26 maintienne automatiquement un déphasage de 90 entre la tension de commutation à l'enroulement pri- maire du transformateur 5, et le courant haute fréquence à l'enroulement primaire du transformateur 6 dans le démodula- teur de phase 2, et de cette façon elle assuré ainsi à la sortie du,démodulateur de phase 2 une intensité pratiquement nulle lors des variations des paramètres de la caténaire..
Lorsqu'une personne touche la fil de con- tact 12, ainsi que lors des variations des paramètres de la caténaire, motivées par d'autres causes, à la sortie au démo- dulateur de phase 2, par l'intermédiaire de l'amplificateur
3 il sera débité à l'enroulement de commande 26 un courant
<Desc/Clms Page number 8>
qui modifiera la valeur de l'inductance dans l'enrou- lement de compensation 25.
La variation de l'inductance de l'enroulement de compensation 25 modifiera la carac- tériatique fréquence-phase du courant haute fréquence traversant l'enroulement primaire du transformateur de telle façon, qu'entre les vecteurs du courant haute fré- quence et de la tension de commutation il sera automati- quement établi un angle de 90 avec une temporisation im- posée par le circuit de retard (n'est pas représenta sur le dessin) incorporé dans les montages de 1'amplificateur 3, à la suite de quoi la tension à la sortie du de-modulateur de phase 2 deviendra pratiquement nulle.
L'application d'une bobine d'induction auto- réglable 1 dans le circuit de retard(n'est pas représente sur le dessin) permet de compenser la variation des paramètres de la caténaire (par exemple lorsque une personne touche le fil de contact)pendant au moins 0,7 s.
C'est pourquoi, lors des variations rapides des paramètres de la caténaire(contacts humains,coupure des secteurs de la caténaire,etc..), le contacteur 15 isolera au- tomatiquement la tension de puissance pendant 0,2 s maximum.
Pendant ce temps, la personne touchant le fil ne peut être ac- cidentée. Ensuite avec un retard d'au moins 0,5 s, par l'in- @ termédiaire de la bobine d'induction autoréglable 1, le con- @ tacteur 15 enclenchera automatiquement la tension du circuit de puissance.
A l'ordinaire, pendant 0,5 s la personne peut se dégager du fil.de contact (par exemple retirer la main) . Mais il peut y avoir des cas où la personne ne peut se dégager rapidement du fil de contact. Afin d'exclure dans ces cas les possibilités d'enclenchement de la tension de puissance, dans le dispositif proposé est utilisé la bloc
29 pour le contrôle de l'isolement. Le bloc de contrôle de
<Desc/Clms Page number 9>
1'isolement 29 comporte un pont de mesure 30 et un dispositif à relais 31.
Dans les branches du pont 30 sont enclenchées les résistances 32,33, la résistance variable 34 et la.résistance d'isolement 35 de la caté- Mire qui est conventionnellement représentée en pointil- lé, et qui sera branchée par l'intermédiaire de la diode 36 au fil de contact 12 et au rail 10. La diode 36 s'op- pose au passage.du courant entre le redresseur 14 et le pont de mesure 30. La communication de la diode 39 et du fil de contact 12 est réalisée par un circuit LC formé par l'enroulement primaire du transformateur 6 et par le con- densateur 11.
Dans l'une des diagonales du pont 30 est intercalé le redresseur 37, et dans l'autre - le dispositif à relais 31.Le contrôle de l'isolement de la caténaire s'opère à l'aide de l'amenée au circuit du courant continu débité par le redresseur 37 au moment où le contacteur 15 coupe la ten- sion de puissance.
La sensibilité du dispositif à relais 31 par rapport aux variations de résistance de l'isolement 35 de la caténaire est déterminée en .réglant la résistance va- ria ble 34.
Le bloc de contrôle de l'isolement 29 est réglé de telle façon que lorsque la résistance d'isolement de la caténaire 35 est inférieure à une valeur définie (va- leur de résistance du corps humain), la diagonale du pont de mesure 30 sur le dispositif à relais 31 débitera une tension dont la valeur sera suffisante pour enclencher le dispositif 31.
Le dispositif 31 agit alors sur le circuit de commande 24 du contacteur 15 de telle façon que le contac- teur 15 ne s'enclenchera même pas lorsqu'il lui sera débité des commandes d'enclenchement à partir du démodulateur de phase 2.
<Desc/Clms Page number 10>
Le temps pendant lequel le bloc de contrôle de l'isolement 29 agit sur l'enclenchement du contacteur 15 est considérablement inférieur au temps de compensation des variations des paramètres du réseau.
Lorsque la résistance d'isolement de la caténaire est supérieure à une valeur définie (valeur de résistance d'un corps humain), le bloc 29 de contr8le de l'isolement n'influe pas l'enclenchement de la tension puissance par l'intermédiaire du contacteur 15.
Le bloc 29 de contrôle de l'isolement est réglé, par l'intermédiaire d'une résistance variable 34, en conformité avec la valeur de résistance de l'isole- ment 35 du caténaire, qui est supérieure à.la résistance du corps humain, cela veut dire qu'en cas où la résistance de l'isolement 35 de la caténaire dépasse la résistance du corps humain le bloc 29 de contrôle de l'isolement autorise l'application de la tension de puissance par le contacteur 15.
L'état de l'isolement de la caténaire est contrôlé quelle que soit la position des pantographes 17 des locomotives électriques 13.
Lorsque les pantographes 17 sont relèves, le contrôle de l'isolement de la caténaire est possible au moment où la tension de puissance est coupée, quand les mo- teurs de traction 18 de la locomotive 13 sont isolés par le contr8leur(n'est pas représenté sur le schéma), et le:3 phares 20, ainsi que le moteur 19 du compresseur, sont isolés par le contacteur 38 à contact de fermeture.
La capacité 39 est prévue pour l'enclenche- ment du contacteur 38 au moment où la tension puissance est débitée au réseau. Après l'enclenchement du contrôleur 38,
<Desc/Clms Page number 11>
la capacité 39 est asservie,
REVENDICATIONS
EMI11.1
- - - -------------------- - 1,- Dispositif pour la protection de l'homme' contre l'électrocution par la caténaire d'une locomotive électrique, plus particulièrement dans les mines, basé sur le principe de l'application d'un courant haute fréquence sur le courant de la caténaire et la détermination des modi- fications de la phase et de la valeur de ce courant à l'aide . d'un démodulateur de phase lorsque l'homme touche acciden- tellement le fil de contact, caractérisé par le fait qu'entre la sortie du démodulateur de phase (2)
et la caténaire est intercalée uns bobine d'induction autoréglable (1) pour la compensation automatique des paramètres variables de la ca- ténaire, et entre le fil de contact (12) et le rail (10) est enclenché un bloc pour le' contrôle de l'isolement (29)agis- sant sur la commande du contacteur de réseau 15 en fonction de la valeur de la résistance du fil de contact(12) par rap- port au rail (10), en excluant l'application possible de la tension puissance au fil de contact (12) si la. résistance d'isolement de celui-ci est inférieure.à la résistance du corps humain.