BE897439A

BE897439A - Dispositif de protection contre les surtensions

Info

Publication number: BE897439A
Application number: BE0/211282A
Authority: BE
Inventors: P Hasse; R Konig; J Wiesinger
Original assignee: Dehn & Sohne G M B H & Co K G
Priority date: 1982-07-30
Filing date: 1983-08-01
Publication date: 1983-12-01
Also published as: AT386703B; DK346983A; JPH0451038U; CH662678A5; DE3228471A1; ATA265083A; IT1163867B; DE3228471C2; SE8304185L; SE8304185D0; SE451653B; DK164427C; JPS5947925A; DK164427B; IT8322314A0; DK346983D0

Description


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   BREVET D'INVENTION. 



   Société dite : Dehn + Söhne GmbH + Co KG Dispositif de protection contre les surtensions. 



  Inventeurs : Peter Hasse, Raimund König et Johannes
Wiesinger Convention Internationale-Priorité d'une demande de brevet déposée en République Fédérale d'Allemagne le 30 juillet 1982 sous le No. P 32 28 471.3-32 

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 Dispositif de protection contre les surtensions L'invention se rapporte à un dispositif de protection contre les 
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 surtensions conforme à 1. Un tel dispositif de protection contre les surtensions est déjà décrit avec son mode d'exécution préféré dans le brevet allemand 27 18 188. L'avantage ainsi obtenu réside en ce que seulement le varistor entre en jeu comme première étape de protection en cas d'apparition de faibles surtensions et, par conséquent, de courants à dériver de faible intensité.

   Dans des cas de ce genre, la surtension apparaissant sur celui-ci n'est pas suffisamment importante pour provoquer le fonctionnement de l'éclateur et, en particulier, de l'éclateur à intervalle d'air et à glissement prévu dans l'exemple d'exécution. Ce n'est qu'en cas de sollicitations plus importantes que l'éclateur entre en jeu comme étape de protection supplémentaire et donc comme protection contre les surcharges sur le varistor. Une telle disposition permet à l'éclateur de limiter toujours la tension au point d'utilisation et au varistor à une valeur pratiquement constante. On peut toutefois prévoir des éclateurs d'autres types que l'éclateur à intervalle d'air et à glissière, par exemple des dispositifs de dérivation de courant à décharge gazeuse, pour autant que ceux-ci résistent au passage d'un courant ayant l'intensité requise.

   Un tel dispositif de protection contre les surtensions peut être utilisé d'une manière générale, mais son domaine d'application préféré est toutefois celui des zones où des coups de foudre directs sont à prévoir. De tels dispositifs de protection contre les surtensions peuvent être installés, par exemple dans les bâtiments où des coups de foudre directs sur les installations électriques sont à craindre.

   

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 On ne peut toutefois pas écarter le cas où le varistor, par exemple à la suite de sollicitations trop fréquentes, subirait une modification de sa caractéristique intensité-tension par suite de courants résiduels prolongés provoqués par les coups de foudre (ce que l'on appelle les queues   d'éclair),     c'est-à-dire   que sa résistance diminuerait et qu'il permettrait le passage d'un courant de fuite inadmissible sous la tension normale de service. Un courant de ce genre ne coûte pas seulement de l'argent, mais peut provoquer également une élévation inadmissible du potentiel de terre et, dans certains cas, un échauffement excessif du varistor et, par conséquent, du dispositif. Dans certains cas, le varistor peut subir ainsi une destruction complète.

   En particulier, une telle modification de la caractéristique du varistor implique également le risque qu'une chute de tension suffisamment élevée ne prenne pas naissance au varistor quand une impulsion de courant doit y être dérivée et, par conséquent, que la tension d'amorçage requise ne soit pas obtenue dans l'éclateur qui devient alors incapable de remplir sa fonction de dérivation. 



  Les deux modèles d'utilité allemands 75 01 349 et 81 05 608 comportent des dispositifs d'arrêt et de dérivation avec la connexion en série d'un éclateur, d'une résistance variable (varistor) et d'un fusible. En cas d'échauffement excessif, le fusible de sécurité (point soudé à l'étain) est fondu. De cette façon, l'ensemble du dispositif d'arrêt et de dérivation est séparé du réseau,   c'est-à-dire   qu'il devient inactif dans sa totalité. 



  Par comparaison avec l'état antérieur de la technique, exposé ci-dessus, l'objectif de l'invention consiste à améliorer un dispositif de protection contre les surtensions, conformément à la partie introductive de la revendication 1, de façon à ce qu'un endommagement du varistor (modification de la caractéristique intensité-tension du varistor) provoqué par une sollicitation trop fréquente par des impulsions de courant et, en particulier, par des courants dus à la foudre ou analogues, ainsi que le courant de fuite important qui en résulte, ne puissent pas nuire au fonctionnement de l'éclateur et que le fonctionnement du dispositif de protection contre les surtensions reste assuré dans son ensemble. 

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  Pour atteindre cet objectif, on fait appel en premier lieu aux caractéristiques de la revendication 1 combinée à la partie introductive. de la revendication 1. De cette façon, sont éliminés le passage d'un courant de fuite d'une intensité inacceptable et surtout le risque que l'éclateur ne soit plus soumis à une tension d'amorçage suffisante. Par comparaison avec les dispositions déjà décrites et conformes aux modèles d'utilité allemands 75 01 349 et 81 05 608, il existe l'avantage que ce n'est pas l'ensemble du dispositif de protection contre les surtensions, mais bien uniquement le branchement contenant le varistor du circuit en parallèle qui est interrompu et rendu donc inefficace. 



  L'éclateur peut donc assurer, tout comme précédemment, la protection des installations connectées en aval. L'éclateur lui-même réagit si lentement au courant, qu'il peut dériver et interrompre également les courants à la fréquence du réseau (courants résiduels),   c'est-à-dire   que le dispositif est indépendant, pendant chaque phase de son fonctionnement, d'une protection du conducteur existant éventuellement.

   Ce résultat est obtenu, par exemple, en utilisant un éclateur constitué de deux électrodes avec une couche intermédiaire isolante, cette couche isolante étant réalisée au moyen d'un matériau qui, en cas d'échauffement par les arcs de passage, dégage un gaz exerçant une pression vers l'extérieur,   c'est-à-dire   ayant un effet de soufflage et de refroidissement et donc d'extinction, si bien que le courant résiduel à la fréquence du réseau peut être interrompu (DE-PS 29 34 238). L'emploi de l'éclateur qui vient d'être décrit est tout particulièrement à recommander avec les installations à basse tension.

   A la place des matériaux isolants précités et, en particulier, des matériaux dégageant de l'hydrogène gazeux (POM, téflon = marque déposée, etc. ), on peut également utiliser comme matériau isolant du mica dont l'efficacité est toutefois moindre. 



  Un mode d'exécution préféré et facile à réaliser de l'invention est décrit à la revendication 2, qui est complétée par les caractéristiques de la revendication 3. De tels points de soudure fusible sont connus en soi (voir les deux modèles d'utilité précités), mais toutefois pas avec une disposition comportant à cet endroit un circuit en parallèle avec varistor et éclateur. 

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 Conformément à la revendication 4, on peut prévoir également un dispositif de contrôle et de déclenchement du circuit électrique pour la branche du circuit contenant le varistor. 



  Les caractéristiques mentionnées à la revendication 5 permettent d'assurer que le déclenchement du varistor est signalé à l'opérateur responsable de l'installation. Les caractéristiques de la revendication 6 ont pour but de permettre le contrôle de l'efficacité de fonctionnement d'un dispositif de signalisation conforme à la revendication 5. 



  La revendication 7 décrit une réalisation particulièrement avantageuse d'un dispositif de protection contre les surtensions, conforme à l'invention. 



  D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont décrits dans les revendications subsidiaires suivantes, ainsi que dans la description annexée et dans les dessins correspondants d'exemples de réalisations conformes à l'invention. Ces dessins représentent respectivement : 
Figure   1 :   une connexion unipolaire de l'invention 
Figure 2 : une connexion tripolaire conforme à l'invention 
Figure 3 : un diagramme de la caractéristique intensité- tension d'un varistor 
Figure 4 : une vue par le dessus d'une exécution tripolaire d'un dispositif de protection contre les surtensions, conforme à l'invention 
Figure 5 : une coupe suivant la ligne V-V de la figure 4 
Figure 6 : une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 5 
Figure 7 :

   un détail de la figure 5 à une échelle agrandie 

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 La connexion de principe suivant la figure 1 comporte, entre la phase L ou 1 conduisant la tension du réseau et de la terre ou de la barre 2 de compensation du potentiel, la connexion en parallèle d'un éclateur et, en particulier, d'un éclateur à intervalle d'air et à glissement (voir ci-dessus) 3, d'une part, et d'un circuit en série comportant un varistor 4 avec un dispositif de déclenchement et de contrôle constitué d'un point de soudure 5, d'autre part. En outre, et en parallèle avec cet ensemble est prévu un dispositif de signalisation 6 avec des touches de contrôle ou de vérification 7. 



  La figure 2 représente une exécution correspondante tripolaire avec les phases conductrices   LI,   L2 et L3 ou 1 du réseau, du conducteur de terre 2 ou de la barre d'égalisation du potentiel PAS et le conducteur neutre N ou 8. Le boîtier du dispositif de protection contre les surtensions est représenté par la ligne pointillée 9. Le conducteur 10 entre la barre d'égalisation des potentiels PAS ainsi que le conducteur de terre 2, d'une part, et le conducteur neutre 8, d'autre part, est pourvu uniquement d'un éclateur 3, mais pas de la branche en parallèle constituée du varistor 4 et du dispositif de déclenchement et de contrôle 5. On peut prévoir des fusibles préalables   11,   qui ne sont toutefois pas indispensables en cas d'utilisation d'éclateurs conformes au brevet 29 34 238 (voir ci-dessus). 



  Comme exemple de l'invention, mais sans limitation de celle-ci, on peut mentionner les caractéristiques électriques suivantes, en cas d'utilisation d'éclateurs suivants le brevet 29 34   238 :   
Tension du réseau : 220-380 V
Fusible préalable Il : par exemple 50 A
Circuit en parallèle avec varistor et dispositif de contrôle : conçu pour des impulsions de courant 8/20 de 5 kA et, par conséquent, 0,1 As et 500 J/n. 



   Eclateur à glissière et intervalle d'air : conçu pour des impulsions de courant de 100 kA avec environ 10
As et 500 kJ/n. 

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  La figure 3 représente le diagramme de la caractéristique intensité (I)-tension (U) d'un varistor. La caractéristique normale et souhaitable est désignée par 12, tandis que les lignes 13 et 14 représentent les caractéristiques d'un varistor endommagé qui permet le passage de courants d'une intensité trop élevée, même sous des tensions assez faibles. Dans un tel cas, le dispositif de contrôle 5 met le varistor 4 endommagé hors circuit. Ce résultat peut être obtenu thermiquement au moyen d'un fusible qui fond pour un échauffement donné du varistor (voir par exemple la figure 4 et les figures suivantes). Il peut s'agir également d'un fusible à fonctionnement électrique ou d'un fusible automatique (non représenté), disposé de façon à ce que le courant de fuite du varistor soit interrompu dans la zone du milliampère. 



  Grâce       la mise hors circuit du varistor uniquement, la fonction de protection du dispositif reste assurée au moyen de l'éclateur. 



  Pour s'assurer de la mise hors circuit du varistor, on peut prévoir un dispositif de signalisation (optique ou acoustique) qui est représenté schématiquement par 6 dans l'exemple de la figure 1 et qui indique, en cas d'ouverture, la mise hors circuit du varistor 4 par le dispositif de déclenchement 5 dans le circuit en parallèle comportant les éléments 4 et 5. L'aptitude au fonctionnement de ce dispositif de signalisation peut être vérifiée au moyen d'une touche de contrôle 7. Des dispositifs de contrôle et de surveillance de ce genre peuvent évidemment être inclus également dans la connexion tripolaire suivant la figure 2, mais ils n'ont pas été représentés sur le dessin de la figure 2 dans un but de simplification. A ce sujet, il faut se référer à la figure 4 et aux figures suivantes.

   L'exemple d'exécution des figures 4-7 représente une réalisation constructive conforme à l'invention avec un boîtier ou un châssis support 15 en matériau isolant, 3 barres conductrices l'qui connectent les bornes de raccordement en forme d'étrier 16'pour les conducteurs   LI,   L2, L3 ou 1 aux vis de fixation de 16 pour la liaison avec les éclateurs 17-19. En outre, il est prévu une quatrième barre conductrice 8'entre une borne de raccordement en forme d'étrier 16'pour le conducteur neutre 8 et une vis de fixation 16, ainsi qu'un raccordement 20 pour le conducteur de terre 2 avec PAS. La barre conductrice 8' 

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 n'est donc normalement pas sous tension.

   Les barres conductrices l'et 8'sont conçues chacune pour être sollicitées linéairement par les courants qui apparaissent et sont constituées, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, de conducteurs susceptibles de transporter les courants de foudre et ayant donc une section appropriée, ainsi que de vis de fixation et de raccords 16, 16'présentant la robustesse requise. Les barres conductrices, les bornes de raccordement et les vis de fixation sont réalisées de façon à pouvoir résister aux sollicitations électrodynamiques résultant du passage d'un courant, et en particulier d'un courant de foudre de par exemple 500   KJIJ.   



  Sous les vis de fixation 16 se trouvent les éclateurs du type préféré capables de transporter le courant de foudre avec une électrode 17, une pièce isolante 18 et une plaque de mise à la terre commune 19. La pièce isolante 18 est pourvue alors d'une fixation annulaire 18', qui isole chaque électrode 17 de la plaque de mise à la terre 19. Les arcs résultant de la décharge sont caractérisés par le chiffre 18" (voir figure 7). La vis de fixation 16 traverse la pièce isolante 18 et est vissée dans le châssis support 15 en matériau isolant, de façon à ce qu'aucun arc ne puisse jaillir entre la vis de fixation 16 vers la plaque de mise à la terre 19. 



  La barre d'égalisation de potentiel ou le conducteur de terre 2 est raccordé a la   borne 20   qui est également en forme   d'étrier.   



  Entre les barres conductrices 1'et la plaque de mise à la terre 19, il existe chaque fois un circuit en parallèle constitué d'un varistor 4 et d'un dispositif de déclenchement et de contrôle 5,6 et 7 où les éléments 4,5 sont situés à proximité des barres 
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 conductrices 1'. Les varistors 4 se trouvent l'un à côté de l'autre afin de gagner de la place. Le point soudé (indiqué par 5) connecte électriquement le contact du varistor 25 et l'élément conducteur 21 au moyen d'un ressort 22. Le ressort 22 est raccordé en 23 à la barre conductrice correspondante l', tandis que 24 représente une fixation mécanique isolante supplémentaire des conducteurs 1'.

   Si un courant de fuite d'une intensité excessive apparaît sur les trajets 23,22, 5,21, 25 et 4 vers 19, le point 

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 de soudure 5 fond et le ressort 22 se déplace grâce à sa propre tension dans la direction de la flèche 22', jusqu'à ce qu'il appuie sur le contact 26. La température de fusion de la soudure en question peut être par exemple de   150oC.   L'élément de contact 26 est disposé également conformément à la connexion de principe de la figure 1. La coupure de ce varistor 4 vers 5 par 6 y est représentée. Le dispositif de vérification 7 est visible aux figures 5,6.

   Sa broche 7'permet de vérifier la tension de réseau, amenée par le ressort 22 et le raccord 23 à l'élément 21, qui existe au contact de varistor 25 en position non déclenchée, suivant la figure 5, alors que, quand la connexion soudée 5 est rompue, cette tension est coupée par le ressort 22. 



  Le dispositif suivant les figures 4 à 7 peut être conçu d'une manière très compacte en disposant les varistors 4 en forme de plaque parallèlement aux barres conductrices 1'. De cette façon, 
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 les deux varistors supérieurs 4 correspondant aux conducteurs LI, L2 peuvent être situés immédiatement l'un à côté l'autre et être connectés avec les barres de mise à la terre 19 par l'intermédiaire d'un contact de terre commun 4'.

Claims

Revendications : 1. Dispositif de protection contre les surtensions, constitué d'au moins un varistor et d'un éclateur connecté électrique- ment en parallèle à celui-ci et, de préférence, capable de supporter les courants de foudre, qui peut être conçu sous forme d'éclateur à intervalle d'air et à glissement et dont l'intervalle d'éclatement se trouve à l'extérieur de ces électrodes, caractérisé en ce que le circuit contenant le varistor 4 de la connexion en parallèle contient un dispositif de contrôle 5 conçu pour maintenir la caractéristique inten- sité-tension 12 du varistor et pour mettre hors circuit le varistor en cas de défaut de celui-ci.
2. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant'a revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle et de déclenchement (5) est constitué d'un dispositif commandé thermiquement et provoquant la mise hors circuit du varistor (4) en cas d'un échauffement donné par le courant de fuite passant par le varistor.
3. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle et de déclenchement (5) est constitué d'une connexion soudée qui est rompue en cas de sollicitations thermiques d'un niveau donné.
4. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant la revendication 1, caractérisé en ce, qu'un fusible électrique, réglable pour un courant de fuite déterminé du varistor, est mis en action par celui-ci, ou bien qu'un fusible automatique y est incorporé. <Desc/Clms Page number 11>
5. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par un dispositif de signalisation (6), qui est enclenché par le dispositif de contrôle et de déclenchement (5) quand celui-ci provoque la mise hors circuit du circuit en parallèle contenant le varistor (4).
6. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant revendication 5, caractérisé par un dispositif de contrôle manuel, par exemple un touche de vérification (7) du dispositif de signalisation (6).
7. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il existe des barres conductrices (1', 8') pouvant résister thermiquement et dynamiquement aux courants et, de préférence, aux courants de foudre, disposées essentiellement en ligne droite pour chaque phase et contenues dans un boîtier ou un châssis support (15), cette barre conductrice étant le circuit en parallèle contenant l'éclateur (3), ou bien une partie de ce circuit, et caractérisé aussi en ce que, sur le parcours ou à l'extrémité de cette barre conductrice, se trouvent les éclateurs (3 ou 17,18, 19) et en ce que le varistor correspondant (4) se trouve à proximité de la barre conductrice correspondante.
8. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans le cas d'un dispositif à plusieurs phases, les conducteurs de phase et un conducteur de terre et de neutre se trouvent parallèle- ment l'un à côté de l'autre, un varistor avec dispositif de contrôle et de déclenchement étant connecté en parallèle, uniquement pour les conducteurs de phase.
9. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les plans des varistors (4) en forme de plaque sont disposés parallèlement aux barres conductrices (1'). <Desc/Clms Page number 12>
10. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les varistors (4) de deux barres conductrices avoisinantes (1') sont situés immédiatement l'un près de l'autre.

Il.
Dispositif de protection contre les surtensions, suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le circuit contenant le varistor (4) de la connexion en parallèle, contient un ressort (22), disposé sur le varistor (4) au moyen d'un point soudé (5) et connecté électriquement en série avec celui-ci et en ce que le ressort (22) possède une tension mécanique propre qui lui permet de se déplacer en position d'indication après rupture du point soudé (5).
12. Dispositif de protection contre les surtensions, suivant l'une des revendications 7 à II, caractérisé en ce que, dans le boîtier ou le châssis support (15) est disposé un contact (26) pour le dispositif de signalisation (6), sur lequel vient appuyer le ressort (22) après le déclenchement et caractérisé aussi en ce que le dispositif de contrôle, par exemple un bouton de commande (7) avec une broche de commande (7') est prévu également dans ce boîtier, de façon à court-circuiter en position de commande le ressort et le contact précité (26) quand le ressort n'a pas encore fonctionné.