Equipement de sécurité à courant alternatif pour la protection d'une installation électrique de commande, de signalisation ou de surveillance La présente invention a pour objet un équipe ment de sécurité à courant alternatif pour la pro tection d'une installation de signalisation, de sur veillance ou de commande qui doit fonctionner avec le maximum de sécurité. Cet équipement peut âtre utilisé par exemple pour la protection de tableaux lumineux industriels ou ferroviaires, d'ins:tallations d'enclenchement diverses, de dispositifs de com mande d'aiguilles, ou de passages à niveaux, etc.
On sait que les installations de ce genre doivent être efficacement protégées contre toutes perturba tions éventuelles qui peuvent provenir de courants anormaux résultant des effets d'induction, des dé fauts d'isolation, des contacts accidentels, etc. et avoir pour origine des réseaux d'alimentation, sur tout dans le cas d'installations qui comportent plu sieurs réseaux d'alimentation à puissance élevée.
Suivant la présente invention, l'équipement de sécurité à courant alternatif pour la protection d'une installation électrique de commande, de signalisation ou de surveillance, comportant au moins, un relais comprenant un circuit magnétique à trois branches dont deux sont jumelées par un pont magnétique et dont l'armature mobile est disposée en regard de l'extrémité libre de la troisième branche et dudit pont et actionne au moins un contact inséré dans le circuit d'alimentation de ladite installation,
est carac térisé en ce que les deux branches jumelées du cir cuit magnétique sont équipées de bobines électrique ment dimensionnées de manière à produire normale ment dans ces deux branches des flux égaux et de même sens lorsqu'elles sont respectivement alimen tées par les alternances d'un courant alternatif à ca ractéristiques spécifiques passant à travers deux cir cuits distincts à accumulation d'énergie qui sont constitués par des condensateurs associés à des diodes redresseuses orientées en sens inverses l'une de l'autre, l'armature du relais restant attiré tant que lesdits flux sont égaux et étant libérée lorsqu'une perturbation due à un défaut ou à un courant n'ayant pas les caractéristiques spécifiques ci-dessus provoque une inégalité de ces flux.
On décrira plus en détail ci-après, à titre d'exem ple, des formes de réalisation de l'invention, en se reportant au dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est un schéma d'une installation connue; la fig. 2 est un schéma d'une forme d'exécution de l'équipement de sécurité; les fig. 3 et 4 sont des schémas de sources de courant à caractéristiques spécifiques, qui peuvent alimenter cet équipement de sécurité, et les fig. 5 à 7 sont relatives à des variantes et exemples d'application de cet équipement.
Sur la fig. 1, on voit la disposition qui est habituellement utilisée pour alimenter et protéger une installation quelconque N de signalisation, de surveillance ou de commande. Son courant de fonc tionnement I est fourni par une source locale S à travers un contact fermé m, n ,d'un relais dit relais de ligne L ; ce relais est excité par un circuit com portant plusieurs contacts de sécurité x, y, z qui sont normalement fermés, mais qui s'ouvrent en cas d'ap parition de défauts, perturbations, etc. Un tel agen cement est relativement compliqué et coûteux.
Une première forme d'exécution de l'équipement objet de. l'invention est représentée à !la fig. 2. Comme on le voit sur cette figure, l'installation pro tégée N est alimentée par sa source d'énergie S1 à travers le contact m, n fermé par l'attraction d'une armature A qui est attirée par un circuit magnétique M à trois branches. Ce circuit magnétique peut par exemple être conforme à celui décrit dans le brevet suisse No 341187 déposé le 15 mai 1957 par la titulaire.
Deux branches du circuit M sont reliées entre elles par un pont magnétique 12, et ces branches portent des enroulements 1 et 2 qui sont agencés pour produire normalement des flux I1 et I2 égaux et de même direction dans ces branches. Dans ces conditions normales, le pont 12 n'est parcouru par aucun flux et l'armature A reste attirée. Mais si l'un des flux I1 ou I2 tend à augmenter par rapport à l'autre, le pont 12 est parcouru par un flux différen tiel; le flux résultant qui passe par l'armature A est par conséquent diminué et l'armature A tombe en interrompant l'alimentation de l'installation N ; sa chute indique une anomalie, interdit des manouvres dangereuses et d'une façon plus générale agit dans le sens de la sécurité.
Pour exciter comme indiqué ci-dessus les bobines 1 et 2, on fournit aux bornes a et b de l'équipement de sécurité RS un courant i qui présente des carac téristiques bien déterminées. Afin de fixer les idées, on supposera par exemple que ce courant i présente la forme de pulsations rectangulaires alternées à fai ble tension (de l'ordre d'une vingtaine de V) ayant une très basse fréquence f (de l'ordre de 4 Hz; i1 est fourni par une source qui sera décrite dans la suite.
Un tel courant i quasi continu présente un avan tage important: il permet d'éviter la transmission des effets perturbateurs par les capacités des con nexions et d'éliminer les actions des harmoniques supérieurs.
Le courant i qui arrive aux bornes a et b tra verse un filtre passe-bas qui est constitué par une bobine d'inductance H et par un condensateur C (de préférence à quatre bornes) ; ce filtre est accordé de façon à interdire tout passage de courants alter natifs perturbateurs ayant la fréquence industrielle et de ses harmoniques. La tension alternative spécifique à très basse fréquence qui apparaît aux bornes du condensateur C charge, par l'intermédiaire de diodes D1 et D2, des condensateurs C1 et C2 qui se dé chargent respectivement à travers les bobines 1 et 2 ; ces courants de décharge sont limités par des résis tances r1 et r2 .
Si le courant i comporte, à cause d'un défaut d'isolement par exemple, une composante continue, celle-ci ne peut passer que par une seule des bobines 1 ou 2, c'est-à,dire qu'elle ne peut produire que le déséquilibre des flux I1 et I2 et lorsque cette com posante continue est suffisamment prononcée, elle provoque la chute de l'armature A.
Les valeurs ohmiques des résistances r1 et r2 sont choisies de telle façon que les seuils au-dessus des quels des, courants perturbateurs, soit alternatifs à fréquence industrielle, soit continus, provoquent la chute de l'armature A, sont inférieurs à une valeur qui est imposée par les règles de sécurité, imposées pour l'utilisation donnée.
Le courant spécial i peut être produit de très diverses façons. A titre d'exemple, on décrira à l'aide des fig. 3 et 4 deux formes de réalisation de générateurs de ce courant. La fig. 3 représente un générateur G qui est ali menté par une source S2 de courant continu et dont les bornes de sortie a1 et b1 sont reliées aux bornes a et b de la fig. 2. Il comporte deux relais électro magnétiques 3 et 4. Le relais 3 est alimenté par les décharges périodiques d'un condensateur 5 chargé par la source S2 ; la cadence des charges et des dé charges de ce condensateur est déterminée par des résistances R2 et R3 qui sont réglables.
Une diode Zener Z et une résistance Rl rendent cette cadence pratiquement insensible aux variations de la tension de la source<B><U>S..</U></B> Le relais 4 qui est périodiquement excité par le contact haut du relais 3, inverse, à la basse fréquence désirée, la tension qui est fournie par la source Saux bornes de.
sortie al e<I>t</I> b1 à tra vers une inductance dei protection .6. Un tel généra teur G peut alimenter les bornes<I>a</I> et<I>b</I> de plusieurs relais tels que celui de l'équipement de sécurité RS.
Un autre générateur, qui est purement statique, est désigné par P sur la fig. 4. Alimenté par une source S3 de courant alternatif, il comporte deux thyratrons secs ou triodes à semi-conducteurs 7 et 8 dont les électrodes de commande sont périodique ment polarisées à travers des. fils p et q par un dis positif pilote bistable 9, tel qu'un montage à bascule de transistors par exemple.
Ce générateur peut être placé à une grande distance de ses bornes d'alimen tation S3 , ou bien de ses bornes ide sortie a.-,<I>et</I><B>b2;</B> entre ces dernières bornes, on -peut brancher un condensateur 10 pour assurer le filtrage des har moniques.
Lorsque l'équipement de sécurité conforme à la fig. 2 risque d'être perturbé non seulement par des signaux continus ou alternatifs provenant des ré seaux industriels, mais .aussi par des signaux para sites à très basse fréquence, on peut l'améliorer par un artifice complémentaire suivant Les générateurs du genre G ou P, au lieu de fournir des alternances identiques positives et néga tives, fournissent des alternances très différentes, par exemple en amplitude.
Les deux enroulements 1 et 2 de la fig. 2 sont alors inégaux ; chacun d'eux peut comporter deux parties reliées en série, mais dis posées sur les deux branches qui sont parcourues par les flux<B>(ID,</B> et (1#2 . Les nombres des spires et les sens d'enroulement des parties ainsi obtenues sont choisis pour équilibrer les .ampère-tours résultants ainsi que les .deux flux (Dl et (D2 malgré la dissymétrie des alternances. du signal i.
Dans ce cas, toute alimentation intempestive par un signal à très basse fréquence, mais ne présentant pas la même dissymétrie que le signal i, produit la chute de l'armature A.
Avec un tel montage qui sera décrit plus en dé tail dans la suite, on peut commander par le même signal deux relais de sécurité, et sélectionner à vo lonté leurs actions par simple inversion des alter nances inégales qui sont fournies par le générateur commun. On voit qu'un tel ensemble est pratique ment équivalent à un relais. polarisé.
Il est à noter que les montages décrits ci-dessus sont d'une s6cu- rité totale, en particulier, .aucune rupture d'un élé ment ou conducteur quelconque et aucun court-cir cuit dans ces montages ne fait perdre les .protections qui sont imposées dans la technique .des. installations de sécurité. On peut agencer et grouper ces relais de sécurité pour contrôler et .indiquer à distance, avec la même sécurité, .les positions d'un organe mobile quelconque, tel qu'un aiguillage ferroviaire par exemple, une barrière fermant un passage à niveau, etc.
Lorsqu'une telle installation à objet mobile doit pouvoir supporter en permanence et sans donner de fausses indications, unie tension perturbatrice tolérée ayant une valeur de seuil .déterminée, cette tension pouvant accidentellement provenir par exemple d'un réseau voisin de distribution, on peut l'agencer par exemple suivant la fig. 5. Sur ce schéma, on voit deux relais identiques Ml et M2 à trois branches magnétiques.
Chacun de ces relais comporte trois bobines désignées par 11, 12 et 13. Les bobines 12 et 13 ont des ampère-tours en opposition et créent dans la branche de droite un flux résultant qui, nor malement, est égal et de même sens, que le flux qui est créé par la bobine 11 dans la branche médiante. Lorsque cet équilibre normal des flux est obtenu et maintenu, les armatures es relais sont attirées et maintenues dans la position haute.
L'armature Al du relais de sécurité Ml ,actionne un ou plusieurs jeux de contacts mi<B><I>,</I></B> ni qui comman dent un récepteur approprié quelconque désigné par <B>NI.</B> Ce récepteur peut être un organe de signali sation, de sécurité, d'alarme, etc. L'armature A2 du relais M2 actionne un ou plusieurs autres contacts m2, n2 qui commandent un autre ,récepteur N2.
Les bobines des deux relais Ml et M2 sont ali mentées par une source P, qui peut être conforme aux générateurs des fig. 3 ou 4, par l'intermédiaire de quatre condensateurs C3 à Ce qui sont sélective ment chargés par les deux .alternances de la source P par l'intermédiaire de diodes, redresseuses dl à d4.
En analysant plus en détail les circuits de la fig. 5, on constate que, lorsque la borne d'entrée a est positive, le condensateur C6 est chargé en série avec une résistance r @au moyen ide la diode d2, et que le condensateur C3 est chargé directement au moyen de la diode d3. Lorsque la borne .d'entrée c est positive,
c'est le condensateur C5 qui est chargé directement par la ,diode dl et c'est le conden sateur C4 qui est chargé en série avec ladite résis tance r par la diode d4.
On constate également que le condensateur C5 se décharge par un courant moyen il qui .traverse en série les bobines 13 et 11 du relais Ml ; Cs se dé charge par un courant analogue 12 traversant la bo bine 12 du même relais,;
C3 se décharge par un cou rant i3 à travers les bobines 11 et 13 du relais M2, et C4 par un courant i4 à travers la bobine 12 de ce relais M2, Les directions des flux magnétiques qui sont ainsi engendrés sont indiquées par des flèches correspondantes,
et il est à noter que si les alternan ces du courant qui .sont fournies aux bornes d'en- trée a et c sont égales entre elles, les deux armatures A1 et A2 restent en position basse du fait de l'inégalité des flux résultants qui apparaissent dans les deux branches bobinées des relais Mi et M2 .
En service normal, cette égalité des alternances n'est pas réalisée. En effet, par un câble 6 à deux conducteurs, la source P est reliée, comme repré senté, en série .avec un inverseur qui est constitué par deux lames de contact 5 actionnées par l'objet mobile c'est-à-dire par exemple par un aiguillage contrôlé à distance. Suivant la position de l'aiguille,
les lames 5 occupent soit .la position haute dans la quelle les alternances de la source P allant de a vers c sont bloquées, par une diode d et part conséquent réduites par une inductance ou une ré sistance ra <I>,</I> soit la position basse dans laquelle les ialternances allant ide c vers a passent directe ment par la diode d sans être réduites.
I.1 en résulte que le courant alternatif qui est fourni par la source P aux bornes a et c est rendu fortement dissymétrique. Suivant le sens de cette dissymétrie, c'est-à-dire .suivant .la position atteinte par l'appareil contrôlé, qui est solidaire des lames 5,
l'un des relais Ml et M2 est .alimenté de façon que .son armature soit attirée aussi longtemps que ladite dissymétrie présente une valeur appro priée, tandis, que l'armature de l'autre reste en posi tion basse. Cela produit la coupure de l'un ou de l'autre des circuits des récepteurs <B>NI</B> ou N2, ce qui indique clairement la .position de .l'appareil com mandé.
Il est à noter que si, par accident, cet appareil n'atteint pas, l'une de ses positions normales de fin de -course, les lames 5 restent hors contact comme représenté ;
les deux relais Ml et M2 sont dans ce cas complètement désexcités @et les deux circuits de <B>NI</B> et N2 sont .coupés. simultanément. Cela peut don ner un signal d'alarme ou :provoquer une action de sécurité appropriée, telle qu'un signal d'arrêt im pératif par exemple.
Si dans une telle installation apparaît une .ten sion perturbatrice ayant une fréquence différente de celle de la source P, mais inférieure au seuil d7in- s.ents.ibilité qui est rendu assez élevé par le choix d'une inductance appropriée H insérée dans le cir cuit ,d'alimentation,
cette tension perturbatrice reste sans effet. Si par contre elle dépasse ledit seuil, elle provoque la chute de l'armature A1 ou A2 qui était normalement maintenue dans sa position haute, car étant nécessairement symétrique,
la tension pertur batrice finit paT surmonter la dissymétrie bien déter- minée des courants, d'excitation de ce relais qui est indispensable à l'attraction de son armalture.
Une tension perturbatrice continue provoque, suivant sa polarité, soit une augmentation, soit une diminution de cette dissymétrie indispensable et finit aussi par produire la chute de ladite armature.
On voit ainsi que l'équipement suivant la fig. 5, qui est agencé ,dans le sens de la sécurité complète, assure le contrôle à distance du fonctionnement d'un appareil mobile quelconque à deux positions.
Cette distance peut être assez grande, car la faible fré quence qui est utilisée réduit les effets gênants de capacité et de réactance du câble 6 qui relie les relais. à l'inverseur 5 installé sur l'appareil contrôlé.
Dans certaines applications de l'équipement de sécurité décrit, la probabilité :de fortes tensions per turbatrices de fréquence industrielle est faible. Dans ces cas, on peut simplifier l'équipement de sécurité en admettant une valeur de seuil plus basse. Les simplifications consistent essentiellement à supprimer la source spéciale P de basse fréquence, ainsi que l'inductance H.
Lorsqu'un tel équipement simplifié, .désigné par R, est utilisé comme relais de digne, il peut être agencé suivant la fig. 6. Ses bornes d'entrée a et b sont alimentées directement par une source s de tension alternative dissymétrique, de préfé rence de valeur réduite et ayant la fréquence indus trielle.
Les grandes alternances de cette tension chargent un condensateur C7 au moyen l'une diode d5 branchée en série avec une résistance appropriée <I>r2.</I> Ce condensateur C7 se décharge sur la bobine 12. Les petites alternances de sens contraire chargent au moyen d'une diode do un condensateur C$ qui se décharge sur les bobines 11 et 13.
La valeur de la résistance r3 est choisie suivant les ampère-tours des bobines 11, 12 et 13 pour que, dans les conditions l'alimentation normales, l'armature A soit attirée. C'est le cas aussi longtemps qu'une tension pertur batrice symétrique reste inférieure à un certain seuil qui peut être relativement bas. Une tension pertur- batrice continue produit le même effet que dans les relais Ml et M2 de la fig. 5.
Pour assurer le contrôle à distance d'un appareil à deux positions l'une manière analogue à celle de la fig. 5, on peut brancher suivant la fig. 7 deux relais de ligne simplifiés RI et R2 du type représenté à la fig. 6 en parallèle mais en inversant, comme re présenté, l'alimentation d e leurs bornes a et c ; elles sont alimentées ,par une source S normale de tension de valeur réduite, symétrique et .ayant la fréquence industrielle par exemple.
Cette source agit en série avec un inverseur 5 qui, comme dans la fig. 5, est placé sur l'objet mobile pour rendre dissy métrique le courant d'alimentation des deux relais RI et R2 suivant la position de l'appareil contrôlé. Là aussi, les armatures de ces deux relais tombent sélectivement lorsqu'une tension perturbatrice conti nue ou alternative dépasse le seuil d'insensibilité. On voit qu'un tel ensemble est pratiquement équivalent à un. relais polarisé.