Appareil de protection de circuit à courant alternatif. La présente invention concerne un appa reil de protection de circuits à courant alter natif, pouvant par exemple servir à la protec tion d'installations de distribution électriques sujettes à des court-circuits ou autres pertur- bations. Cet appareil est disposé pour obéir à des changements brusques d'une grandeur électrique, par exemple intensité, tension, etc.
du circuit à protéger et comprend un dispo sitif transformateur d'énergie à rapport de transformation variable destiné à être excité à partir du circuit à protéger et un relais de contact, à action différée, disposé pour com mander un disjoncteur dans le circuit à pro téger, le rapport de transformation dudit dis positif transformateur dépendant de l'excita tion de celui-ci et agissant de façon que le fonctionnement du relais de contact soit pro voqué par un changement brusque @daus l'excitation dudit dispositif transformateur, quelle que puisse être la valeur de régime de cette excitation.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention sont représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé, dans lequel; La fig. 1 montre un schéma d'une de ces formes d'exécution; La fig. 2 est un diagramme dont on par lera plus loin; Les fig. 3 et 4 sont des schémas d'autres formes d'exécution de l'appareil.
A la fig. 1 on a représenté une installa tion de distribution électrique comprenant un circuit de transmission 1, à protéger, un dis joncteur de circuit 2 pourvu d'une bobine électromagnétique de déclenchement 3 com mandée par un appareil de protection 4. Ce lui-ci est excité par le circuit 1 à l'aide -d'un transformateur d'intensité 5 intercalé dans le circuit et comprend un relais de contact à ac tion différée 6 et un dispositif transforma teur d'énergie 17 intercalé entre le relais de contact 6 et le circuit 1.
Le relais de contact à action différée 6 est du type à induction, bien que tout autre dispositif de commande de circuit bien connu à action différée puisse être utilisé à sa place. Comme représenté au dessin, le relais à in duction 6 comprend une armature rotative en forme @de disque 7, un arbre à pivots $ sur le- quel ledit disque est monté et un organe de con tact 9 fixé sur l'arbre et agencé pour com mander le circuit de la bobine de déclenche ment 3 -du disjoncteur 2. L'armature 7 du re lais est combinée avec un électro-aimant 10 à pôle masqué, un ressort antagoniste 11 et un aimant de freinage 12.
L'électro-aimant 10 est pourvu d'un enroulement de commande 13 ayant une série de prises de courant comme indiqué.
L'enroulement de commande 13 du relais 6 est relié à une bobine secondaire mobile 18 du dispositif transformateur d'énergie 17. La bobine mobile 18 est disposée entre deux bo bines primaires stationnaires 19 et 20 qui sont reliées en série avec l'enroulement se condaire du transformateur d'intensité 5. Les bobines 19 et 20 sont pourvues d'embranche ments, comme indiqué en 27 pour tenir compte de différents rapports de transforma tion d'intensité ou de différents courants pri maires. La bobine secondaire mobile 18 est montée de façon à pouvoir pivoter sur un ar bre 21 et le mouvement de celui-ci est réglé par un ressort antagoniste 22 et des moyens de freinage formés par un disque 23 et un aimant permanent 24 coopérant avec celui-ci.
Le mouvement de la bobine 18 est également limité au moyen d'une cheville latérale 25 fixée sur l'arbre 21 et coopérant avec des pièces de butée réglables 2.6.
Lorsque le courant passe dans le circuit 1, les bobines primaires fixes 19 et 20 sont ex citées et produisent un champ magnétique traversant la bobine secondaire mobile 18. Le courant induit dans la bobine mobile 18 tend à faire tourner cette bobine par suite de l'ac tion combinée des champs magnétiques de l'ensemble des bobines. Lorsque, avec l'aug mentation du courant dans les bobines pri maires, la bobine secondaire 18 tourne hors du plan dans lequel elle est parallèle aux plans de bobines primaires 19 et 20, l'impor tance du courant induit dans la bobine secon daire est réduite de façon que celui-ci reste pratiquement constant malgré l'augmentation du courant dans les bobines primaires.
Cette caractéristique est représentée à la fig. 2, dans laquelle les ordonnées donnent l'angle entre les bobines mobiles et station naire du dispositif 17 et les abscisses indi quent le courant nécessaire pour actionner le relais 6. La ligne représentée montre donc la relation existant entre l'angle entre les deux jeux de bobine et le courant nécessaire pour actionner le relais.
Du fait de la constance de courant dans le circuit secondaire du dis positif 17, l'enroulement de commande 13 du relais 6 est par conséquent excité à une va leur sensiblement constante, pourvu que les changements dans le courant passant par le circuit 1 se produisent tellement graduelle ment que la. bobine mobile 18 neutralise leur effet sur l'enroulement de commande 13. Si, toutefois, le courant est excessivement grand, de façon que la bobine mobile 18 sera tournée jusqu'à ce que la cheville 25 vienne en prise avec la butée :de limite supérieure 26, le re lais 6 sera actionné par le courant de charge pour faire déclencher le disjoncteur 2 et ou vrir le circuit.
Cependant, s'il se produit un court-circuit dans le circuit de transmission 1, il résulte de l'accroissement de courant dans le circuit 1 un accroissement similaire du courant dans la bobine secondaire 18 et dans l'enroule ment,de commande 13 du relais 6 y relié. Le relais 6 sera excité pour déclencher le dis joncteur 2 et ouvrir le circuit, bien que la valeur de l'accroissement de courant soit in férieure au courant de charge normal qui peut passer dans le circuit de transmission dans d'autres conditions.
. La relation entre l'accroissement de cou rant et le courant de charge ou le déplacement angulaire entre les bobines peut être changé par rapport à celle représentée à la fig. 2, par exemple en modifiant les proportions et la disposition des bobines et la force du ressort antagoniste 22. On peut ainsi changer la pente de la ligne caractéristique de la fig. 2 et elle pourrait également être une courbe non-linéaire.
L'appareil de protection susdécrit fait une différence entre les court-circuits et des changements de courant de charge à cause du décalage dans les mouvements de la bobine mo bile 18 qui sont retardés par les moyens de frei nage 23, 24. Lorsque le degré de changement de courant dans le circuit 1 dépasse une va leur prédéterminée, un courant suffisamment grand est induit dans le circuit secondaire contenant l'enroulement de commande 13 du relais 6 pour actionner celui-ci avant que le moment de rotation de la bobine mobile 18 surmonte l'effet des moyens de freinage pour réduire le courant secondaire par augmenta tion du déplacement angulaire entre les bo bines primaire et secondaire.
L'appareil peut être réglé pour fonctionner pour des valeurs et degrés de changement de courant désirés par le choix de constantes appropriées pour le ressort antagoniste 22 et les moyens de frei nage 23 et 24 et pour l'électro-aimant 10, le ressort antagoniste 11 et le dispositif de frei nage 12 du relais de contact auxiliaire.
Grâce aux butées réglables 26, l'appareil peut fonctionner avec un courant de charge au-dessus de la valeur prédéterminée et son fonctionnement est empêché pour des sauts de courant au-dessous d'une valeur prédéter minée comme cela peut se produire lors de la mise en marche de l'installation.
La fig. 3 montre une autre forme d'exé cution comportant des bobines mobile et sta tionnaire 18 et 19 en relation inductive entre elles, similaires à celles représentées à la fig. 1 et ayant des fonctions similaires. Dans cette forme d'exécution, la bobine mobile 18 est toutefois montée directement sur le dis que 23 pour simplifier la construction méca nique de l'appareil. Le fonctionnement de l'appareil représenté dans cette figure est identique avec celui déjà décrit.
La fig. 4 montre une autre forme d'exé cution, dans laquelle les bobines inductive- ment associées 18 et 19 du dispositif transfor mateur d'énergie sont enroulées les deux sur un noyau stationnaire maban.étique commun 30. L'inductance mutuelle des bobines 18 et 19 dans cette forme .d'exécution est réglée par un organe de dérivation magnétique mobile 3 1 commandé par un dispositif électromagnéti- que 32 de telle façon que la position de l'or gane de dérivation 31 varie en dépendance de l'amplitude du courant traversant le cir cuit 1.
Comme représenté, le dispositif électro magnétique 32. comporte une armature en forme de disque 33 et un électro-aimant à pôle masqué 34 relié en série avec la bobine 19 et le transformateur d'intensité 5. Un ai mant de freinage 35 est prévu pour retarder le mouvement de l'organe de dérivation 31. Un engrenage de réduction peut être substi tué à l'aimant de freinage 35 pour donner l'action différée désirée dans le fonctionne ment de l'organe de dérivation 31.
Les appareils susdécrits peuvent obéir à des sauts de courant produits par une défec tuosité du circuit, même si les à-coups de courant sont inférieurs au courant de charge traversant le circuit dans d'autres conditions. Ils sont établis de façon à être plus sensibles lorsque le courant traversant le circuit est petit que lorsqu'il est grand. En. outre, les appareils décrits fonctionneront à la suite d'un saut de courant plus petit, lorsque le courant initial traversant le circuit est rela tivement faible, que cela n'est le cas quand le courant initial traversant le circuit est re lativement important.
Cela constitue un avan tage désirable au point de vue de la protec tion en cas d'un court-circuit dans une ins tallation de distribution électrique, parce que dans beaucoup d'installations, lorsque la charge est petite, la capacité du ou des géné rateurs est réduite et le courant de court- circuit en cas d'un. défaut est de beaucoup in férieur au courant de court-circuit pendant des périodes de pointes de charge lorsque la pleine capacité du ou -des générateurs de l'ins tallation est utilisée.
AC circuit protection device. The present invention relates to a device for protecting AC circuits, which can for example be used for the protection of electrical distribution installations subject to short circuits or other disturbances. This apparatus is arranged to obey sudden changes in an electrical quantity, for example current, voltage, etc.
of the circuit to be protected and comprises an energy transformer device with variable transformation ratio intended to be excited from the circuit to be protected and a contact relay, with delayed action, arranged to control a circuit breaker in the circuit to be protected , the transformation ratio of said positive transformer device depending on the excitation thereof and acting so that the operation of the contact relay is caused by a sudden change in the excitation of said transformer device, whatever may be the regime value of this excitation.
Embodiments of the object of the invention are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which; Fig. 1 shows a diagram of one of these embodiments; Fig. 2 is a diagram which will be discussed later; Figs. 3 and 4 are diagrams of other embodiments of the apparatus.
In fig. 1 shows an electrical distribution installation comprising a transmission circuit 1, to be protected, a circuit breaker 2 provided with an electromagnetic tripping coil 3 controlled by a protection device 4. This is energized. by circuit 1 using a current transformer 5 interposed in the circuit and comprises a delayed-action contact relay 6 and an energy-transforming device 17 interposed between the contact relay 6 and the circuit 1.
The delayed action contact relay 6 is of the induction type, although any other well known delayed action circuit controller could be used in its place. As shown in the drawing, the induction relay 6 comprises a rotary armature in the form of a disc 7, a pivot shaft $ on which said disc is mounted and a contact member 9 fixed on the shaft and arranged for control the circuit of the tripping coil 3 - of the circuit breaker 2. The armature 7 of the relay is combined with an electromagnet 10 with masked pole, a counter spring 11 and a braking magnet 12.
The electromagnet 10 is provided with a control winding 13 having a series of outlets as shown.
The control winding 13 of the relay 6 is connected to a mobile secondary coil 18 of the energy transformer device 17. The mobile coil 18 is arranged between two stationary primary coils 19 and 20 which are connected in series with the winding. of the current transformer 5. The coils 19 and 20 are provided with branches, as indicated at 27 to take into account different current transformation ratios or different primary currents. The secondary mobile coil 18 is mounted so as to be able to pivot on a shaft 21 and the movement of the latter is regulated by a counter spring 22 and braking means formed by a disc 23 and a permanent magnet 24 cooperating therewith. this.
The movement of the reel 18 is also limited by means of a lateral pin 25 fixed on the shaft 21 and cooperating with adjustable stop pieces 2.6.
When the current passes through circuit 1, the fixed primary coils 19 and 20 are energized and produce a magnetic field passing through the secondary voice coil 18. The current induced in the voice coil 18 tends to rotate this coil as a result of the combined action of the magnetic fields of all the coils. When, with the increase in current in the primary coils, the secondary coil 18 rotates out of the plane in which it is parallel to the planes of the primary coils 19 and 20, the magnitude of the current induced in the secondary coil is reduced so that it remains practically constant despite the increase in current in the primary coils.
This characteristic is shown in fig. 2, in which the ordinates give the angle between the moving and stationary coils of the device 17 and the abscissas indicate the current necessary to actuate the relay 6. The line shown therefore shows the relationship existing between the angle between the two sets. coil and the current required to actuate the relay.
Due to the constant current in the secondary circuit of the positive device 17, the control winding 13 of the relay 6 is therefore energized at a substantially constant value, provided that changes in the current flowing through the circuit 1 occur. so gradually that the. voice coil 18 neutralizes their effect on the drive winding 13. If, however, the current is excessively large, so that voice coil 18 will be rotated until pin 25 engages the limit stop: upper 26, relay 6 will be actuated by the load current to trip circuit breaker 2 and / or turn the circuit.
However, if a short circuit occurs in the transmission circuit 1, the increase in current in circuit 1 results in a similar increase in current in the secondary coil 18 and in the winding, control 13. of relay 6 connected to it. Relay 6 will be energized to trip circuit breaker 2 and open the circuit, although the value of the current increase is less than the normal load current that can flow into the transmission circuit under other conditions.
. The relationship between the increase in current and the load current or the angular displacement between the coils can be changed from that shown in fig. 2, for example by modifying the proportions and the arrangement of the coils and the force of the opposing spring 22. It is thus possible to change the slope of the characteristic line of FIG. 2 and it could also be a non-linear curve.
The above-described protection apparatus differentiates between short circuits and changes in load current because of the offset in the movements of the moving coil 18 which are delayed by the braking means 23, 24. When the degree change of current in circuit 1 exceeds a predetermined value, a sufficiently large current is induced in the secondary circuit containing the control winding 13 of relay 6 to actuate the latter before the torque of the voice coil 18 overcomes the effect of the braking means to reduce the secondary current by increasing the angular displacement between the primary and secondary coils.
The apparatus can be set to operate for desired values and degrees of current change by choosing appropriate constants for the counter spring 22 and the braking means 23 and 24 and for the electromagnet 10, the counter spring. 11 and the braking device 12 of the auxiliary contact relay.
Thanks to the adjustable stops 26, the device can operate with a charging current above the predetermined value and its operation is prevented for current surges below a predetermined value mined as can occur during the start-up of the installation.
Fig. 3 shows another embodiment comprising mobile and stationary coils 18 and 19 in inductive relationship with one another, similar to those shown in FIG. 1 and having similar functions. In this embodiment, the voice coil 18 is however mounted directly on the disk 23 to simplify the mechanical construction of the apparatus. The operation of the apparatus shown in this figure is identical with that already described.
Fig. 4 shows another embodiment, in which the inductively associated coils 18 and 19 of the power transformer device are both wound on a common mechanical stationary core 30. The mutual inductance of coils 18 and 19 in this embodiment is regulated by a movable magnetic shunt member 3 1 controlled by an electromagnetic device 32 so that the position of the shunt member 31 varies depending on the amplitude of the current. crossing the fired circuit 1.
As shown, the electromagnetic device 32 comprises a disc-shaped armature 33 and a masked pole electromagnet 34 connected in series with the coil 19 and the current transformer 5. A braking coil 35 is provided for. delay the movement of the shunt member 31. A reduction gear can be substituted for the braking magnet 35 to give the desired delayed action in the operation of the shunt member 31.
The above-described devices may obey current surges produced by circuit failure, even if the current surges are less than the load current flowing through the circuit under other conditions. They are set so that they are more sensitive when the current flowing through the circuit is small than when it is large. In. Furthermore, the devices described will operate as a result of a smaller current jump, when the initial current flowing through the circuit is relatively small, than is the case when the initial current flowing through the circuit is relatively large.
This constitutes a desirable advantage from the point of view of protection in the event of a short circuit in an electrical distribution installation, because in many installations, when the load is small, the capacity of the generator (s) rators is reduced and the short-circuit current in the event of one. The fault is much lower than the short-circuit current during periods of peak loads when the full capacity of the plant generator (s) is used.