CA1314949C - Parafoudre pourvu de tuteurs mobiles de maintien de ses varistances - Google Patents
Parafoudre pourvu de tuteurs mobiles de maintien de ses varistancesInfo
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- CA1314949C CA1314949C CA000608517A CA608517A CA1314949C CA 1314949 C CA1314949 C CA 1314949C CA 000608517 A CA000608517 A CA 000608517A CA 608517 A CA608517 A CA 608517A CA 1314949 C CA1314949 C CA 1314949C
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Abstract
L'invention concerne un perfectionnement au parafoudre de poste ou de distribution, du type comprenant une colonne unique de varistances empilées les unes sur les autres et disposées au centre d'une cavité cylindrique prévue dans une enveloppe constituée d'un matériau isolant. Ce perfectionnement consiste en une pluralité de tuteurs mobiles, faits en un matériau à la fois isolant et non élastique, pour maintenir les varistances en colonne au centre de la cavité, même si ces varistances se brisent diamétralement comme c'est fréquemment le cas lors d'un emballement thermique sévère. En maintenant en permanence les varistances au centre de la cavité, les tuteurs assurent la non-obsturation de plusieurs passages verticaux autour de la colonne, lesquels laissent passer librement l'arc se formant au sein du parafoudre vers le diaphragme limiteur de pression lors du défaut de celui-ci et, de là, réduisent au maximum les risques d'explosion. Avantageusement, les tuteurs sont fixés sur une base de diamètre supérieur à celui des varistances à l'aide de boulons capables de se cisailler à la moindre surchauffe ou surpression générée par l'arc. Les tuteurs ont également de préférence une section trapézoïdale et sont disposés de façon à ce que la grande base de leur section trapézoïdale vienne prendre appui sur la périphérie des varistances, chaque grande base ayant une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit légèrement inférieure au périmètre des varistances.
Description
~31~9 La présente invention a pour objet un perfectionnernent à la structure des parafoudres du type "monocolonne", qu'ils soient de poste ou de distribution.
Les parafoudres sont des dispositifs de protection électriques bien connus destinés à etre raccordés en parall~le à un appareil électrique à protéger, dans le but de réduire les surtensions pouvant se produire aux bornes de ce dernier. Plus précis~m~nt, les parafoudres sont des systèmes électriques se présentant normalement sous la for~e d'un circuit ouvert qui se "transforme" en un circuit fermé parallèle à l'appareil à protéger dès qu'une surtension significative appara~t au~ bornes de ce dernier. Ils permettent donc de réduire le niveau d'isolation des appareils électriques qu'ils protègent et, par conséquent, leur coat de production.
Les parafoudres pr~sentement disponibles sur le marché sont large~ent utilisés dans des réseaux de transport et de distribution (parafoudres de poste et de distribution) d'énergie électrique. Ces parafoudres sont habituellement constitués d'une enveloppe de porcelaine ayant la forme gén~rale d'un tube cylindrique quelquefois fermé à une e~trémité, laquelle enveloppe définit une cavité dans laquelle est disposée une ou plusieurs colonnes de varistance se présentant sous la forme de pastilles empilées les unes sur les autres. Il est bien connu que les varistances sont des éléments électriquement actifs constitués d'oxyde de métal tel que l'oxyde de zinc, ou encore de carbure de silicium, dont l'i~p~dance para~t non-linéairement sous l'effet d'une surtension de façon à fournir une protection adéquate.
Comme n'importe ~uel dispositif électrique, les para~oudres sont parfois sujets à défaut. Lorsqu'un tel défaut survient, une ou plusieurs des varistances se trouvent court-circuitées en permanence et un arc électrique se forme à l'intérieur de l'enveloppe, lequel génère des surpressions explosives ainsi que des températures e~ce'dant le point de fusion de tous les métaux connus. Afin de réduire ce ~3~9~
risque d'explosion de 1'enveloppe du parafoudre suite à un court-circuit interne, des limiteurs de pression ont été suggérés, lesquels ont pour but de transférer 1'arc électrique à 1'extérieur à
l'aide d'un diaphragme et d'une tuy~re d'orientation des gaz chauds générateurs de surpression. Evidemment, ces éléments doivent être montés sur l'enveloppe de porcelaine, ce qui rend la construction relativement onéreuse. C'est d'ailleurs pourquoi on retrouve surtout ces él~ments dans les parafoudres de poste de transport à haute tension.
Dans la demande de brevet canadien no 526.139 déposée le 23 décembre 1986 au nom de la Demanderesse, un nouveau type de bo~tier cylindrique a été proposé pour remplacer les enveloppes de porcelaine utilisées jusqu'~ présent pour la construction des parafoudres. Ce nouveau boitier est avantageusement constitué d'une matière isolante synthétique capable de supporter une tension mécanique éleY~e, telle que du béton-~po~y ou du béton-poly~ère. Cette enveloppe est moulée sur un tube mince de préférence constitué de verre, disposé sur une électrode.
La solution proposée dans cette demande de brevet canadien a le grand avantage d'éliminer tous les inconvénients liés à l'usage de la porcelaine pour la fabrication des enveloppes, et, de là, de permettre la construction de parafoudres pour réseaux de distribution beaucoup moins sujets à des risques d'e~plosion ou de bris d'enveloppe, et ce à un coat comparable à celui des parafoudres de distribution existants faits en porcelaine.
Il a toutefois été observé que si, tel que précédemment indiqué, la solution proposée dans cette demande de brevet canadien permet de réduire énorm~ment les risques d'explosion, elle n'élimine pas totalement ce risque dans le cas particulier où le parafoudre est sujet à un emballement thermique sévère.
, 1311 ~4~
Pour permettre de mieux comprendre ce risque ainsi que la solution proposée dans le cadre de la présente invention, il convient de décrire plus en détail la structure de base des para~oudres du type monocolonne, et la façon dont ceux-ci se comportent en cas de défaut interne.
Tel que pr~cédemment indiqué, tout parafoudre mono-colonne comprend une enveloppe constituée d'un matériau isolant, tel que de la porcelaine ou, comme dans la demande de brevet canadien ci-dessus mentionnée, d'un béton-époxy ou polymère, laquelle enveloppe définit une cavité de forme généralement cylindrique pourvue d'une paroi et de deux extrémités dont au moins une est non ferm~e. Dans le cas des parafoudres du type "monocolonne", une colonne unique de varistances est disposée à l'intérieur de la cavité~ Ces varistances ont la forme de pastilles cylindriques de diamètre inférieur ~ celui de la cavité
de l'enveloppe, lesquelles sont empilées les unes au dessus des autres pour former la colonne unique. Les moyens, généralement constitués par un ressort venant presser sur une des bases de la colonne, servent à
maintenir les pastilles ainsi empilées dans l'enveloppe. Des contacts électriques ou "électrodes" sont disposés aux deux extr~mités de la caqité de l'enveloppe pour permettre le montage électrique de cette colonne de varistances en parallèle aux bornes d'un appareil électrique à protéger contre les surtensions.
De façon à permettre un transfert de l'arc électrique de l'intérieur vers l'extérieur en cas de défaut du parafoudre, un diaphragme est avantageusement disposé en travers de chaque extrémité
non fermée de la cavité de l'enveloppe. Ce diaphragme est constitué
d'une feuille d'aluminium ou de toute autre matière facilement déchirable sous l'effet de toute surpression générée par un arc électrique pouvant se former au sein de la cavité en cas de défaut interne du parafoudre, pour ainsi permettre l'évacuation "naturelle"
1 3 ~
des gas chauds générés par l'arc à chaque extrémité non fermée de l'enveloppe et, de 1~, réduire les risques d'explosion de cette dernière. Habituellement, une tuy~re est également utilisée en aval du diaphragme, pour orienter vers l'extérieur les gaz chauds s'échappant dès que le diaphragme est perforé.
En condition normale d'opération, le courant provenant du circuit ext~rieur auquel le parafoudre est relié traverse ce dernier en passant par d'un contact à l'autre via la colonne de varistances.
En cas d'une défaillance d'une ou plusieurs des varistances disposée en colonne à l'intérieur de l'enveloppe, un arc électrique se produit à l'intérieur de la cavit~ et crée une surpression interne qui an~ene à une perforation du diaphrag~e. D~s que cette perforation survient, les gaz chauds ~ l'intérieur de l'enveloppe peuvent s'echapper et être dirigés par la tuy~re vers une autre électrode, pour ainsi causer un transfert de l'arc de l'intérieur vers l'e~térieur de l'enveloppe et, de là, libérer l'int~rieur de cette dernière des surpressions et des températures qui pourraient en provoquer l'e~plosion.
Pour que ce m~canisme de sécurité fonctionne adéquatement, il est bien entendu nécessaire que l'arc électrique qui se crée naturellement lors du défaut puisse "s'épandre" à l'intérieur de la cavité de l'enveloppe et que cet arc puisse atteindre sans aucune obstruction le diaphrag~e afin de perforer celui-ci et ainsi d'assurer le relâchement des gaz chauds nécessaires au transfert extérieur de l'arc. Il est donc essentiel de n'avoir aucun blocage m~canique le long de l'a~e de la cavité interne de l'enveloppe, dans la direction de l'extrémité non fermée de celle-ci.
A cette fin, la pratique habituelle a toujours été
d'utiliser des varistances en forme de pastilles de diamètre inférieur ~ 3 ~
au diamètre interne de la cavité pour laisser une couronne d'air suffisante autour des pastilles pour permettre à l'arc de se former et d'atteindre le diaphragme, étant entendu que toute obstruction au passage de l'arc réduit l'efficacité de transfert de ce dernier vers l'e~térieur et, de là, augmente très substantiellement les risques d'e~plosion. Or, la possibilité d'une telle obstruction existe en permanence en cas de fragmentation des pastilles de varistance, pour des raisons thermiques ou purement mécaniques. Ainsi, il a été
constaté que, en cas de défaut d'une des varistances, un courant de fuite substantiel est généré, lequel amène à une élévation importante de la tension et a un emballement thermique sévère pouvant amener à
une fragmentation presque diam~trale de certaines des pastilles dont les fragments viennent alors obstruer le passage annulaire pr~vu autour de la colonne.
La présente invention a pour objet un dispositif de structure e~tremement simple, permettant de solutionner le probl`eme ci-dessus mentionné et, de là, réduire au minimum les risques d'explosion de l'enveloppe d'un parafoudre en cas de défaut interne à
cause d'un manque d'espace suffisant dans la cavité pour permettre à
l'arc généré lors du défaut de se développer et atteindre le diaphragme.
Plus précisément, l'invention propose de maintenir les pastilles de varistances empilées en une colonne unique dans la cavité
de l'enveloppe à l'aide d'au moins trois, et de préférence quatre tuteurs faits en un matériau à la fois isolant et non élastique, tel que de la porcelaine, de la céramique ou du béton-~po~y ou du béton-polym~re. Pour assurer leur fonction de maintien des pastilles, les tuteurs s'étendent chacun sur toute la hauteur de la colonne et sont symétriquement disposés autour de celle-ci.
Grâce à cet arrangement et cette disposition particulière, les tuteurs forment et maintiennent en permanence des passages libres en nombre identique à leur propre nombre, et ce tout autour de la ~ 3 ~
colonne de varistances. Bien sur, chacun de ces passages est, en pratique constitu~ par 1'espace d'air défini entre deux des tuteurs proprement dits, la paroi de la colonne et la paroi de la cavité.
Tel que précédemment indiqué, la principale utilit~ de ces tuteurs est de maintenir au centre de la cavit~ les fragments de varistance en cas de fragmentation d'une ou plusieurs de celles-ci suite à un emballement thermique sévère. Les tuteurs garantissent ainsi la non-obstruction des passages qu'ils définissent autour de la colonne et, de 1~, 1'expansion requis de 1'arc qui peut s'établir n'importe où autour de la colonne et se développer sans aucu~e obstruction. Les tuteurs permettent également de canaliser l'onde de choc et les gaz chauds jusqu'au diaphragme, sans aucun risque d'obstruction et par cons~quent d'explosion.
De préférence, chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposé de façon à ce que la grande base de sa section trap~zoldale vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles. Cette forme trapezoldale est intéressante dans la mesure où
elle permet de maximiser l'espace libre à l'intérieur de la cavité de l'enveloppe et, de là, agrandir au maximwm les passages dans lesquels l'arc de défaut peut s'épanouir.
De façon ~ assurer un bon maintien des fragments des pastilles de varistance en cas de fracture de celle-ci, la grande base de chaque tuteur de section trapézoidale es-t concave et de même courbure que la periphérie des pastilles. En outre, cette grande base a une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit l~garement inférieure au périm~tre des pastilles. En d'autres mots, les bases des tuteurs sont choisis de façon à entourer presque en continuité la circonférence des pastilles pour éviter que des fragments m^eme petits puissent venir obturer des passages définis entre les tuteurs pour l'épanouissem~nt de l'arc.
~ 3 ~
Selon un mode préféré de l'invention, les tuteurs sont montés à l'aide de tiges de fixation aisément cisaillables par simple surchauffe ou surpression, tout autour de la périphérie d'une base rigide de diam~tre supérieur à celui des pastilles, cette base étant destinée à venir se placer en dessous de la colonne de varistances. Ce ntage particulier a le grand aYantage de donner suffisamment de flexibilité aux tuteurs pour permettre un expansion de l'arc génér en cas de défaut du parafoudre, lequel arc n'est jamais rectiligne. Comme on peut en effet le comprendre, l'arc forme en cas de défaut du parafoudre va se re~rouver canalisé dans un segment agial défini par deux des tuteurs. Les tuteurs n'étant maintenus que par une seule extrémité à même une base, ils peuvent aisément s'élargir à l'autre extrémité qui est de pr~férence placée là où se trouve le diaphragme pour ainsi assurer un plus grand passage à l'arc. En outre, en é-tant maintenu à l'aide de tiges facilement cisaillables à me^me leur base, les tuteurs peuvent se trouver totalement libérés ~s que 1'arc est formé et, sous l'effet de la pression de l'arc, se trouver poussés pour ainsi assurer un élargissement maximum du segment axial dans lequel l'arc se forme.
Tel que préce'demment indiqué, l'invention est spécialement conçue pour être utilisée avec des parafoudres de type monocolonne, puisque l'utilisation d'un tel jeu de tuteurs ne présente un avantage que lorsque le parafoudre ne contient qu'une seule colonne de varistances. Par contre, la présente invention n'est pas limitée à un type donné de parafoudre et peut être utilisée indifféremment avec des parafoudres de poste ou des parafoudres de distribution.
Il convient également de mentionner que les tuteurs dont 1'utilisation est proposée dans le cadre de la présente invention ne doivent pas être confondus avec les supports mécaniques calo-porteurs parfois utilisés pour créer un pont thermlque entre la paroi de la cavité interne de l'enveloppe et la paroi externe des varistances dans le but de faciliter le refroidissement de ces dernières. En eifet, les supports mécaniques caloporteurs ainsi utilisés sont habituellement faits de caoutchouc dans lequel des additifs caloporteurs sont ajoutés. Ces supports sont donc contrairement aux tuteurs selon l'invention, faits en une matière élastique de fa~on ~ permettre leur installation par serrage à l'intérieur de la cavité et ainsi assurer un contact permanent et tr~s étroit entre la paroi des vaxistances et la paroi de la cavité. A l'opposé, les tuteurs utilisés selon 1'invention doivent être faits en matière non-élastique ou rigide de façon à pouvoir se déplacer sans fléchir ni se déformer sous l'effet de la pression d'un arc se formant dans un des passages.
Dans le cas des supports mécaniques caloporteurs, il est également nécessaire d'avoir le maximum de contact avec la paroi de la cavité, puisque le but essentiel de ces supports est d'assurer un transfert de la chaleur des varistances vers llestérieur. A l'opp~sé, les tuteurs selon l'invention ont de préférence la forme d'un trap~ze dont la petite base est orientée du côté de la paroi de la cavité de façon ~ assurer le maximum d'espace libre près de ladite paroi. En outre, selon l'invention, les contacts entre les tuteurs et la paroi doivent être réduits au minimnm, pour permettre aux tuteurs de se déplacer facilement dès qu'un arc se forme.
Il est donc évident qu'on ne peut confondre, aussi bien du point de vue utilité que du point de vue structurel, les supports mécaniques caloporteurs actuellement e~istant avec les tuteurs de structure et d'utilisation très particulières proposées selon la présente invention.
EnfinJ il est bien évident que l'utilisation de la présente invention ne doit en aucun cas être restreinte au bo~tier du parafoudre faisant l'objet de la demande de brevet canadien en co mstance ci-dessus mentionnée. En fait, comme on peut ais~ment le comprendre, le perfection~ement selon la présente invention peut être utilisé avec n'importe quel type de parafoudre existant, pourvu d'une enveloppe de porcelaine ou de tout autre matériau analogue.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, faite en se référant au~ dessins annexés dans lesquels:
- la fig. 1 ést une vue en coupe verticale d'un parafoudre telle que décrite dans la demande de brevet canadien no 526.139, pourvue du perfectionnement selon la présente invention;
- la fig. 2 est une vue en perspective d'une colonne de varistances entourée d'un jeu de tuteurs selon l'invention, montés sur une base;
- la fig. 3 est une vue de 1'extre'mité non fermée du parafoudre illustré sur la fig. 1, et - la fig. 4 est une vue identique ~ celle de la fig. 3, montrant la position des tuteurs suite ~ un emballement thermique sévère ayant amené à une fragmentation diamétrale des pastilles et à
la formation d'un arc électrique ~ l'intérieur de la cavité.
Le parafoudre de type monocolonne illus~ré sur la fig. 1 des dessins annexés est décrit en détail dans la demande de brevet canadien no 526.139 déposée le 23 décembre 1986 par la Demanderesse, ~DRO QUEBEC. En conséquence, seuls les éléments de ce parafoudre essentiels à la compréhension de la présente invention seront ci-après décrits.
Le parafoudre 1 comprend une enveloppe externe 3 constituée d'un matériau isolant du point de vue électrique. Cette enveloppe définit une cavité 5 de forme généralement cylindrique, pourvue dlune paroi 7 et de deux extrémités dont au moins une est fermée par une électrode 9 jouant le rôle de premier contact électrique.
1 3 ~
ka surface e~térieure de l'enveloppe 3 est de préférence pourvue d'ailet~es annulaires 11 servant, d'une part, a assurer un maintien diélectrique de l'enveloppe dans des conditions de pluie et de pollution et, d'autre part, ~ augmenter la résistance mécanique de cette derni~re. L'enveloppe 3 est également po-urvue d'une pluralité
d'ancrages 13 et 13'. Les ancrages 13' qui sont disposés du côt~ de l'enveloppe où la cavité se trouve fermée par l'électrode 9 servent à
la fixation du parafoudre à m~me un support 15 à l'aide de boulons 17.
Des ancrages 13 disposés de l'autre côté de l'enveloppe, là où se trouve l'extrémité non fermée de la cavité, servent essentiellement à
la fixation d'un couvercle 19 ~ l'aide de boulons 21.
Le parafoudre 1 comprend une colonne de varistances 18 ayant chacune la forme d'une pastille cylindrique de dia~btre inférieur à
celui de la cavité 5. Les varistances 18 sont empilées les unes sur les autres pour former une colonne unique disposée en plein centre de la cavité 5.
Des moyens constitués par un ressort 23 sont mont~s entre l'électrode 9 et la base de la colonne de varistance 18 pour maintenir celle-ci appuyée contre le couvercle l9.
Ce couvercle l9 est de forme annulaire et est fait en un matériau conducteur d'électricité pour ainsi former l'autre contact ou électrode du parafoudre, à l'autre extrémité de la colonne de varistances 20. Ce couvercle 19 est, pour des raisons d'assemblage, compos~ de plusieurs pièces dont, notamment, une pi~ce 25 de centrage et de maintien de la colonne de varistance. Cette pièce 25 est elle-m^eme pourvue d'une pluralit~ de passages périphériques 27 dont le but est essentiellement de permettre l'échappement des gaz chauds lorsque survient une s ~pression dans la cavité 5 à l'intérieur de l'enveloppe 3.
~ 3 ~ L~L 9 Un diaphragme 29 est monté sur le couvercle 19 pour fermer celui-ci. Le diaphragme 29 est habituellement fabriqué d'une feuille mince de métal capable de se déchirer lorsqu'elle est sujette à une surpression g~nérée par l'onde de choc et les gaz d'un arc électrique se formant au sein de la cavité 5 en cas de défaut interne du parafoudre.
Enfin, le parafoudre 1 comprend une tuyère 31 d'évacuation des gaz chauds, montée à même le couvercle 1~, pour orienter les gaz chauds s'échappant par le passage 27 suite à la perforation du diaphragme 29 en direction d'un boulon explosif 33 relié a l'électrode 9, pour, d'une part, assurer en cas de défaut un transfert à
l'e~térieur de l'arc créé à l'intérieur et, suite à ce transfert, une e~plosion du boulon 33 pour isoler le parafoudre de la terre lorsque le courant de défaut est interrompu par le disjoncteur prévu à cet effet dans le réseau d'alimentation électrique.
Le parafoudre 1 précédemment décrit est monté en parallèle aux bornes d'un appareil à pr~téger, en reliant l'électrode 9 (habituellement par le boulon explosif 33) à l'une des bornes de cet appareil et le couvercle 19 par un boulon 35 à l'autre des bornes de cet appareil. Les autres détails de structure ainsi que le fonctionnement du parafoudre précédemment décrit sont connus en soi et décrits en détail dans la demande de brevet canadien en comstance no 526.130.
Selon la présente invention, le parafoudre 1 ci-dessus décrit est perfectionné en ce que les moyens utilisés pour maintenir les pastilles de varistance 20 empilées en colonnes dans la cavité 5 de l'enveloppe 3 inclut, outre le ressort 23, au moins trois et de préférence quatre tuteurs 41 faits en un matériau à la fois isolant et non élastique. Les tuteurs 41 qui sont de préférence constitués par des tiges de porcelaine, de céramique ou de tout isolant synthétique ~ 3 ~
tel que du be'ton polymère ou le béton-epoxy, s'étendent sur toute la hauteur de la colonne de varistances 18. Ces mêmes tuteurs 41 sont également dispos~s sym~triquement autour de la colonne de varistance 18, pour entourer presque enti~rement celle-ci.
Tel qu'il a été expliqu~ en détail dans le préambule du présent m~moire descriptif, ces tuteurs ont essentiellement pour but de former et maintenir tout autour de la colonne un ncn~re identique au leur de passages 43, chaque passage étant défini entre la périphérie extérieure des varistances lB, les parois latérales de deux tuteurs adjacents et la paroi 7 de la cavité 5.
Les moyens pour maintenir les pastilles empilées en colonnes dans la cavité de 1'enveloppe incluent également, dans le mode de réalisation illustré, une base rigide 45 de préférence constituée par un disque de métal dont le diam~tre est supérieur à celui des pastilles. La base 45 qui sert au montage des tuteurs 41 est avantageusement disposée sous l'extrémit~ de la colonne en contact avec le ressort 23. C'est donc cette base 45 qui se trouve en contact avec le ressort 23 et qui assurer la transmission électrique du courant entre l'électrode 9 et la premi~re des varistances 18.
Les tuteurs 41 sont fixés par leurs extrémités inférieures à
même cette base au moyen de petites tiges de fixation constituées par des boulons 47 ancrés à eux, chaque boulon 47 passant dans un tro~ 49 prévu à cet effet dans la base 45, avant d'être maintenu à celle-ci à
l'aide d'un écrou 51.
1 3 ~
Avantageusement, les boulons 47 sont choisis d'une mati~re capable de fondre ou de se cisailler très ais~ment en cas d'une surchauffe, pour ainsi permettre de libérer imn~diatement les e~tr~mités inférieure des tuteurs 41. Les boulons 47 peuvent ainsi être faits en NYLON ou en tout autre matériau analogue.
Tel que clairement illustré sur les figs 2 à 3, chaque tuteur 41 a une section en forme générale de trap~ze isoc~le disposé
de façon à ce que sa grande base 53 vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles de varis~ance 18. Cette grande base 43 est concave et de m8me courbure que la périphérie des varistances 18.
Cette grande base a en outre une longueur telle que la so~me de la longueur de toutes les grandes bases des tuteurs entourant la colonne soit lég~re~ent inf~rieure au périm~tre des pastilles pour venir entourer de façon presque continue la périphérie de celles-ci et ainsi retenir tout fragment qui pourra se former en cas de cassure ou de brisure d'une ou de plusieurs des varistances 18.
Cette section en forme de trap`eze isocèle est très avantageuse dans la mesure o~ elle permet d'obtenir un parfait encerclement des pastilles de varistances 18 tout en augmentant au maximum l'espace libre d~fini par les passages 43.
Tel qu'il a été indiqué ci-dessus, l'utilité principale des tuteurs 41 est de retenir au centre de la cavité 5 les fragments de varistance qui pourraient se former en cas de cassure de ces derniers suite à un e~ballement thermique sévère. Advenant un tel défaut, une ou plusieurs des varistances se fragmenteront diamétralement tel qu'illustré sur la fig. 4 et am~neront à la formation d'un arc à
l'intérieur de la cavité 5. Cet arc bien entendu se formera et s'épandra à l'intérieur d'un des passages 43 où il se verra canaliser grâce aug tuteurs adjacents 41 vers le couvercle 19, en vue de déchirer le diaphragme et d'assurer l'expulsion des gaz chauds dans la tuyère 31.
~ 3 ~
Gr~ce aux tuteurs dont les grandes bases entourent presque en continuité la circonference de la colonne, aucun fragment ne risque d'entrer dans l'espace 43 dans lequel se formera l'arc. En conséq~ence, les risques d'obstruction du passage sont quasiment éliminés, ce qui, du m~me coup, réduit au maximum les risques d'e~plosion de l'enveloppe 3.
Dès la ~ormation de l'arc, la chaleur g~nérée et 1'onde de choc amèneront les boulons 47 à se cisailler et, de 1~, les tuteurs à
totalement se libérer de la base 45 pour devenir mobiles. Les deux tuteurs bordant le passage 43 dans lequel l'arc se ~ormera pourront donc alors glisser dans les directions opposées sous l'effet de l'arc.
Cet ~cartement permettra d'ouvrir au maximum le passage 43 et, de là, assurera une e~pansion de l'arc sans aucune contrainte.
Il convient de mentionner que des essais ont été effectu~s dans le cadre d'une nouvelle norme de la société HYDRD QUEBEC, à
savoir la norme B-31.19-03 de 1988. Ces essais qui ont été effectués sur des parafoudres du type d~crit dans la demande de brevet canadien en colnstance no 526.139 avec des tuteurs mobiles faits en béton polym~re se sont avérés e~tremement positifs.
Les parafoudres sont des dispositifs de protection électriques bien connus destinés à etre raccordés en parall~le à un appareil électrique à protéger, dans le but de réduire les surtensions pouvant se produire aux bornes de ce dernier. Plus précis~m~nt, les parafoudres sont des systèmes électriques se présentant normalement sous la for~e d'un circuit ouvert qui se "transforme" en un circuit fermé parallèle à l'appareil à protéger dès qu'une surtension significative appara~t au~ bornes de ce dernier. Ils permettent donc de réduire le niveau d'isolation des appareils électriques qu'ils protègent et, par conséquent, leur coat de production.
Les parafoudres pr~sentement disponibles sur le marché sont large~ent utilisés dans des réseaux de transport et de distribution (parafoudres de poste et de distribution) d'énergie électrique. Ces parafoudres sont habituellement constitués d'une enveloppe de porcelaine ayant la forme gén~rale d'un tube cylindrique quelquefois fermé à une e~trémité, laquelle enveloppe définit une cavité dans laquelle est disposée une ou plusieurs colonnes de varistance se présentant sous la forme de pastilles empilées les unes sur les autres. Il est bien connu que les varistances sont des éléments électriquement actifs constitués d'oxyde de métal tel que l'oxyde de zinc, ou encore de carbure de silicium, dont l'i~p~dance para~t non-linéairement sous l'effet d'une surtension de façon à fournir une protection adéquate.
Comme n'importe ~uel dispositif électrique, les para~oudres sont parfois sujets à défaut. Lorsqu'un tel défaut survient, une ou plusieurs des varistances se trouvent court-circuitées en permanence et un arc électrique se forme à l'intérieur de l'enveloppe, lequel génère des surpressions explosives ainsi que des températures e~ce'dant le point de fusion de tous les métaux connus. Afin de réduire ce ~3~9~
risque d'explosion de 1'enveloppe du parafoudre suite à un court-circuit interne, des limiteurs de pression ont été suggérés, lesquels ont pour but de transférer 1'arc électrique à 1'extérieur à
l'aide d'un diaphragme et d'une tuy~re d'orientation des gaz chauds générateurs de surpression. Evidemment, ces éléments doivent être montés sur l'enveloppe de porcelaine, ce qui rend la construction relativement onéreuse. C'est d'ailleurs pourquoi on retrouve surtout ces él~ments dans les parafoudres de poste de transport à haute tension.
Dans la demande de brevet canadien no 526.139 déposée le 23 décembre 1986 au nom de la Demanderesse, un nouveau type de bo~tier cylindrique a été proposé pour remplacer les enveloppes de porcelaine utilisées jusqu'~ présent pour la construction des parafoudres. Ce nouveau boitier est avantageusement constitué d'une matière isolante synthétique capable de supporter une tension mécanique éleY~e, telle que du béton-~po~y ou du béton-poly~ère. Cette enveloppe est moulée sur un tube mince de préférence constitué de verre, disposé sur une électrode.
La solution proposée dans cette demande de brevet canadien a le grand avantage d'éliminer tous les inconvénients liés à l'usage de la porcelaine pour la fabrication des enveloppes, et, de là, de permettre la construction de parafoudres pour réseaux de distribution beaucoup moins sujets à des risques d'e~plosion ou de bris d'enveloppe, et ce à un coat comparable à celui des parafoudres de distribution existants faits en porcelaine.
Il a toutefois été observé que si, tel que précédemment indiqué, la solution proposée dans cette demande de brevet canadien permet de réduire énorm~ment les risques d'explosion, elle n'élimine pas totalement ce risque dans le cas particulier où le parafoudre est sujet à un emballement thermique sévère.
, 1311 ~4~
Pour permettre de mieux comprendre ce risque ainsi que la solution proposée dans le cadre de la présente invention, il convient de décrire plus en détail la structure de base des para~oudres du type monocolonne, et la façon dont ceux-ci se comportent en cas de défaut interne.
Tel que pr~cédemment indiqué, tout parafoudre mono-colonne comprend une enveloppe constituée d'un matériau isolant, tel que de la porcelaine ou, comme dans la demande de brevet canadien ci-dessus mentionnée, d'un béton-époxy ou polymère, laquelle enveloppe définit une cavité de forme généralement cylindrique pourvue d'une paroi et de deux extrémités dont au moins une est non ferm~e. Dans le cas des parafoudres du type "monocolonne", une colonne unique de varistances est disposée à l'intérieur de la cavité~ Ces varistances ont la forme de pastilles cylindriques de diamètre inférieur ~ celui de la cavité
de l'enveloppe, lesquelles sont empilées les unes au dessus des autres pour former la colonne unique. Les moyens, généralement constitués par un ressort venant presser sur une des bases de la colonne, servent à
maintenir les pastilles ainsi empilées dans l'enveloppe. Des contacts électriques ou "électrodes" sont disposés aux deux extr~mités de la caqité de l'enveloppe pour permettre le montage électrique de cette colonne de varistances en parallèle aux bornes d'un appareil électrique à protéger contre les surtensions.
De façon à permettre un transfert de l'arc électrique de l'intérieur vers l'extérieur en cas de défaut du parafoudre, un diaphragme est avantageusement disposé en travers de chaque extrémité
non fermée de la cavité de l'enveloppe. Ce diaphragme est constitué
d'une feuille d'aluminium ou de toute autre matière facilement déchirable sous l'effet de toute surpression générée par un arc électrique pouvant se former au sein de la cavité en cas de défaut interne du parafoudre, pour ainsi permettre l'évacuation "naturelle"
1 3 ~
des gas chauds générés par l'arc à chaque extrémité non fermée de l'enveloppe et, de 1~, réduire les risques d'explosion de cette dernière. Habituellement, une tuy~re est également utilisée en aval du diaphragme, pour orienter vers l'extérieur les gaz chauds s'échappant dès que le diaphragme est perforé.
En condition normale d'opération, le courant provenant du circuit ext~rieur auquel le parafoudre est relié traverse ce dernier en passant par d'un contact à l'autre via la colonne de varistances.
En cas d'une défaillance d'une ou plusieurs des varistances disposée en colonne à l'intérieur de l'enveloppe, un arc électrique se produit à l'intérieur de la cavit~ et crée une surpression interne qui an~ene à une perforation du diaphrag~e. D~s que cette perforation survient, les gaz chauds ~ l'intérieur de l'enveloppe peuvent s'echapper et être dirigés par la tuy~re vers une autre électrode, pour ainsi causer un transfert de l'arc de l'intérieur vers l'e~térieur de l'enveloppe et, de là, libérer l'int~rieur de cette dernière des surpressions et des températures qui pourraient en provoquer l'e~plosion.
Pour que ce m~canisme de sécurité fonctionne adéquatement, il est bien entendu nécessaire que l'arc électrique qui se crée naturellement lors du défaut puisse "s'épandre" à l'intérieur de la cavité de l'enveloppe et que cet arc puisse atteindre sans aucune obstruction le diaphrag~e afin de perforer celui-ci et ainsi d'assurer le relâchement des gaz chauds nécessaires au transfert extérieur de l'arc. Il est donc essentiel de n'avoir aucun blocage m~canique le long de l'a~e de la cavité interne de l'enveloppe, dans la direction de l'extrémité non fermée de celle-ci.
A cette fin, la pratique habituelle a toujours été
d'utiliser des varistances en forme de pastilles de diamètre inférieur ~ 3 ~
au diamètre interne de la cavité pour laisser une couronne d'air suffisante autour des pastilles pour permettre à l'arc de se former et d'atteindre le diaphragme, étant entendu que toute obstruction au passage de l'arc réduit l'efficacité de transfert de ce dernier vers l'e~térieur et, de là, augmente très substantiellement les risques d'e~plosion. Or, la possibilité d'une telle obstruction existe en permanence en cas de fragmentation des pastilles de varistance, pour des raisons thermiques ou purement mécaniques. Ainsi, il a été
constaté que, en cas de défaut d'une des varistances, un courant de fuite substantiel est généré, lequel amène à une élévation importante de la tension et a un emballement thermique sévère pouvant amener à
une fragmentation presque diam~trale de certaines des pastilles dont les fragments viennent alors obstruer le passage annulaire pr~vu autour de la colonne.
La présente invention a pour objet un dispositif de structure e~tremement simple, permettant de solutionner le probl`eme ci-dessus mentionné et, de là, réduire au minimum les risques d'explosion de l'enveloppe d'un parafoudre en cas de défaut interne à
cause d'un manque d'espace suffisant dans la cavité pour permettre à
l'arc généré lors du défaut de se développer et atteindre le diaphragme.
Plus précisément, l'invention propose de maintenir les pastilles de varistances empilées en une colonne unique dans la cavité
de l'enveloppe à l'aide d'au moins trois, et de préférence quatre tuteurs faits en un matériau à la fois isolant et non élastique, tel que de la porcelaine, de la céramique ou du béton-~po~y ou du béton-polym~re. Pour assurer leur fonction de maintien des pastilles, les tuteurs s'étendent chacun sur toute la hauteur de la colonne et sont symétriquement disposés autour de celle-ci.
Grâce à cet arrangement et cette disposition particulière, les tuteurs forment et maintiennent en permanence des passages libres en nombre identique à leur propre nombre, et ce tout autour de la ~ 3 ~
colonne de varistances. Bien sur, chacun de ces passages est, en pratique constitu~ par 1'espace d'air défini entre deux des tuteurs proprement dits, la paroi de la colonne et la paroi de la cavité.
Tel que précédemment indiqué, la principale utilit~ de ces tuteurs est de maintenir au centre de la cavit~ les fragments de varistance en cas de fragmentation d'une ou plusieurs de celles-ci suite à un emballement thermique sévère. Les tuteurs garantissent ainsi la non-obstruction des passages qu'ils définissent autour de la colonne et, de 1~, 1'expansion requis de 1'arc qui peut s'établir n'importe où autour de la colonne et se développer sans aucu~e obstruction. Les tuteurs permettent également de canaliser l'onde de choc et les gaz chauds jusqu'au diaphragme, sans aucun risque d'obstruction et par cons~quent d'explosion.
De préférence, chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposé de façon à ce que la grande base de sa section trap~zoldale vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles. Cette forme trapezoldale est intéressante dans la mesure où
elle permet de maximiser l'espace libre à l'intérieur de la cavité de l'enveloppe et, de là, agrandir au maximwm les passages dans lesquels l'arc de défaut peut s'épanouir.
De façon ~ assurer un bon maintien des fragments des pastilles de varistance en cas de fracture de celle-ci, la grande base de chaque tuteur de section trapézoidale es-t concave et de même courbure que la periphérie des pastilles. En outre, cette grande base a une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit l~garement inférieure au périm~tre des pastilles. En d'autres mots, les bases des tuteurs sont choisis de façon à entourer presque en continuité la circonférence des pastilles pour éviter que des fragments m^eme petits puissent venir obturer des passages définis entre les tuteurs pour l'épanouissem~nt de l'arc.
~ 3 ~
Selon un mode préféré de l'invention, les tuteurs sont montés à l'aide de tiges de fixation aisément cisaillables par simple surchauffe ou surpression, tout autour de la périphérie d'une base rigide de diam~tre supérieur à celui des pastilles, cette base étant destinée à venir se placer en dessous de la colonne de varistances. Ce ntage particulier a le grand aYantage de donner suffisamment de flexibilité aux tuteurs pour permettre un expansion de l'arc génér en cas de défaut du parafoudre, lequel arc n'est jamais rectiligne. Comme on peut en effet le comprendre, l'arc forme en cas de défaut du parafoudre va se re~rouver canalisé dans un segment agial défini par deux des tuteurs. Les tuteurs n'étant maintenus que par une seule extrémité à même une base, ils peuvent aisément s'élargir à l'autre extrémité qui est de pr~férence placée là où se trouve le diaphragme pour ainsi assurer un plus grand passage à l'arc. En outre, en é-tant maintenu à l'aide de tiges facilement cisaillables à me^me leur base, les tuteurs peuvent se trouver totalement libérés ~s que 1'arc est formé et, sous l'effet de la pression de l'arc, se trouver poussés pour ainsi assurer un élargissement maximum du segment axial dans lequel l'arc se forme.
Tel que préce'demment indiqué, l'invention est spécialement conçue pour être utilisée avec des parafoudres de type monocolonne, puisque l'utilisation d'un tel jeu de tuteurs ne présente un avantage que lorsque le parafoudre ne contient qu'une seule colonne de varistances. Par contre, la présente invention n'est pas limitée à un type donné de parafoudre et peut être utilisée indifféremment avec des parafoudres de poste ou des parafoudres de distribution.
Il convient également de mentionner que les tuteurs dont 1'utilisation est proposée dans le cadre de la présente invention ne doivent pas être confondus avec les supports mécaniques calo-porteurs parfois utilisés pour créer un pont thermlque entre la paroi de la cavité interne de l'enveloppe et la paroi externe des varistances dans le but de faciliter le refroidissement de ces dernières. En eifet, les supports mécaniques caloporteurs ainsi utilisés sont habituellement faits de caoutchouc dans lequel des additifs caloporteurs sont ajoutés. Ces supports sont donc contrairement aux tuteurs selon l'invention, faits en une matière élastique de fa~on ~ permettre leur installation par serrage à l'intérieur de la cavité et ainsi assurer un contact permanent et tr~s étroit entre la paroi des vaxistances et la paroi de la cavité. A l'opposé, les tuteurs utilisés selon 1'invention doivent être faits en matière non-élastique ou rigide de façon à pouvoir se déplacer sans fléchir ni se déformer sous l'effet de la pression d'un arc se formant dans un des passages.
Dans le cas des supports mécaniques caloporteurs, il est également nécessaire d'avoir le maximum de contact avec la paroi de la cavité, puisque le but essentiel de ces supports est d'assurer un transfert de la chaleur des varistances vers llestérieur. A l'opp~sé, les tuteurs selon l'invention ont de préférence la forme d'un trap~ze dont la petite base est orientée du côté de la paroi de la cavité de façon ~ assurer le maximum d'espace libre près de ladite paroi. En outre, selon l'invention, les contacts entre les tuteurs et la paroi doivent être réduits au minimnm, pour permettre aux tuteurs de se déplacer facilement dès qu'un arc se forme.
Il est donc évident qu'on ne peut confondre, aussi bien du point de vue utilité que du point de vue structurel, les supports mécaniques caloporteurs actuellement e~istant avec les tuteurs de structure et d'utilisation très particulières proposées selon la présente invention.
EnfinJ il est bien évident que l'utilisation de la présente invention ne doit en aucun cas être restreinte au bo~tier du parafoudre faisant l'objet de la demande de brevet canadien en co mstance ci-dessus mentionnée. En fait, comme on peut ais~ment le comprendre, le perfection~ement selon la présente invention peut être utilisé avec n'importe quel type de parafoudre existant, pourvu d'une enveloppe de porcelaine ou de tout autre matériau analogue.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, faite en se référant au~ dessins annexés dans lesquels:
- la fig. 1 ést une vue en coupe verticale d'un parafoudre telle que décrite dans la demande de brevet canadien no 526.139, pourvue du perfectionnement selon la présente invention;
- la fig. 2 est une vue en perspective d'une colonne de varistances entourée d'un jeu de tuteurs selon l'invention, montés sur une base;
- la fig. 3 est une vue de 1'extre'mité non fermée du parafoudre illustré sur la fig. 1, et - la fig. 4 est une vue identique ~ celle de la fig. 3, montrant la position des tuteurs suite ~ un emballement thermique sévère ayant amené à une fragmentation diamétrale des pastilles et à
la formation d'un arc électrique ~ l'intérieur de la cavité.
Le parafoudre de type monocolonne illus~ré sur la fig. 1 des dessins annexés est décrit en détail dans la demande de brevet canadien no 526.139 déposée le 23 décembre 1986 par la Demanderesse, ~DRO QUEBEC. En conséquence, seuls les éléments de ce parafoudre essentiels à la compréhension de la présente invention seront ci-après décrits.
Le parafoudre 1 comprend une enveloppe externe 3 constituée d'un matériau isolant du point de vue électrique. Cette enveloppe définit une cavité 5 de forme généralement cylindrique, pourvue dlune paroi 7 et de deux extrémités dont au moins une est fermée par une électrode 9 jouant le rôle de premier contact électrique.
1 3 ~
ka surface e~térieure de l'enveloppe 3 est de préférence pourvue d'ailet~es annulaires 11 servant, d'une part, a assurer un maintien diélectrique de l'enveloppe dans des conditions de pluie et de pollution et, d'autre part, ~ augmenter la résistance mécanique de cette derni~re. L'enveloppe 3 est également po-urvue d'une pluralité
d'ancrages 13 et 13'. Les ancrages 13' qui sont disposés du côt~ de l'enveloppe où la cavité se trouve fermée par l'électrode 9 servent à
la fixation du parafoudre à m~me un support 15 à l'aide de boulons 17.
Des ancrages 13 disposés de l'autre côté de l'enveloppe, là où se trouve l'extrémité non fermée de la cavité, servent essentiellement à
la fixation d'un couvercle 19 ~ l'aide de boulons 21.
Le parafoudre 1 comprend une colonne de varistances 18 ayant chacune la forme d'une pastille cylindrique de dia~btre inférieur à
celui de la cavité 5. Les varistances 18 sont empilées les unes sur les autres pour former une colonne unique disposée en plein centre de la cavité 5.
Des moyens constitués par un ressort 23 sont mont~s entre l'électrode 9 et la base de la colonne de varistance 18 pour maintenir celle-ci appuyée contre le couvercle l9.
Ce couvercle l9 est de forme annulaire et est fait en un matériau conducteur d'électricité pour ainsi former l'autre contact ou électrode du parafoudre, à l'autre extrémité de la colonne de varistances 20. Ce couvercle 19 est, pour des raisons d'assemblage, compos~ de plusieurs pièces dont, notamment, une pi~ce 25 de centrage et de maintien de la colonne de varistance. Cette pièce 25 est elle-m^eme pourvue d'une pluralit~ de passages périphériques 27 dont le but est essentiellement de permettre l'échappement des gaz chauds lorsque survient une s ~pression dans la cavité 5 à l'intérieur de l'enveloppe 3.
~ 3 ~ L~L 9 Un diaphragme 29 est monté sur le couvercle 19 pour fermer celui-ci. Le diaphragme 29 est habituellement fabriqué d'une feuille mince de métal capable de se déchirer lorsqu'elle est sujette à une surpression g~nérée par l'onde de choc et les gaz d'un arc électrique se formant au sein de la cavité 5 en cas de défaut interne du parafoudre.
Enfin, le parafoudre 1 comprend une tuyère 31 d'évacuation des gaz chauds, montée à même le couvercle 1~, pour orienter les gaz chauds s'échappant par le passage 27 suite à la perforation du diaphragme 29 en direction d'un boulon explosif 33 relié a l'électrode 9, pour, d'une part, assurer en cas de défaut un transfert à
l'e~térieur de l'arc créé à l'intérieur et, suite à ce transfert, une e~plosion du boulon 33 pour isoler le parafoudre de la terre lorsque le courant de défaut est interrompu par le disjoncteur prévu à cet effet dans le réseau d'alimentation électrique.
Le parafoudre 1 précédemment décrit est monté en parallèle aux bornes d'un appareil à pr~téger, en reliant l'électrode 9 (habituellement par le boulon explosif 33) à l'une des bornes de cet appareil et le couvercle 19 par un boulon 35 à l'autre des bornes de cet appareil. Les autres détails de structure ainsi que le fonctionnement du parafoudre précédemment décrit sont connus en soi et décrits en détail dans la demande de brevet canadien en comstance no 526.130.
Selon la présente invention, le parafoudre 1 ci-dessus décrit est perfectionné en ce que les moyens utilisés pour maintenir les pastilles de varistance 20 empilées en colonnes dans la cavité 5 de l'enveloppe 3 inclut, outre le ressort 23, au moins trois et de préférence quatre tuteurs 41 faits en un matériau à la fois isolant et non élastique. Les tuteurs 41 qui sont de préférence constitués par des tiges de porcelaine, de céramique ou de tout isolant synthétique ~ 3 ~
tel que du be'ton polymère ou le béton-epoxy, s'étendent sur toute la hauteur de la colonne de varistances 18. Ces mêmes tuteurs 41 sont également dispos~s sym~triquement autour de la colonne de varistance 18, pour entourer presque enti~rement celle-ci.
Tel qu'il a été expliqu~ en détail dans le préambule du présent m~moire descriptif, ces tuteurs ont essentiellement pour but de former et maintenir tout autour de la colonne un ncn~re identique au leur de passages 43, chaque passage étant défini entre la périphérie extérieure des varistances lB, les parois latérales de deux tuteurs adjacents et la paroi 7 de la cavité 5.
Les moyens pour maintenir les pastilles empilées en colonnes dans la cavité de 1'enveloppe incluent également, dans le mode de réalisation illustré, une base rigide 45 de préférence constituée par un disque de métal dont le diam~tre est supérieur à celui des pastilles. La base 45 qui sert au montage des tuteurs 41 est avantageusement disposée sous l'extrémit~ de la colonne en contact avec le ressort 23. C'est donc cette base 45 qui se trouve en contact avec le ressort 23 et qui assurer la transmission électrique du courant entre l'électrode 9 et la premi~re des varistances 18.
Les tuteurs 41 sont fixés par leurs extrémités inférieures à
même cette base au moyen de petites tiges de fixation constituées par des boulons 47 ancrés à eux, chaque boulon 47 passant dans un tro~ 49 prévu à cet effet dans la base 45, avant d'être maintenu à celle-ci à
l'aide d'un écrou 51.
1 3 ~
Avantageusement, les boulons 47 sont choisis d'une mati~re capable de fondre ou de se cisailler très ais~ment en cas d'une surchauffe, pour ainsi permettre de libérer imn~diatement les e~tr~mités inférieure des tuteurs 41. Les boulons 47 peuvent ainsi être faits en NYLON ou en tout autre matériau analogue.
Tel que clairement illustré sur les figs 2 à 3, chaque tuteur 41 a une section en forme générale de trap~ze isoc~le disposé
de façon à ce que sa grande base 53 vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles de varis~ance 18. Cette grande base 43 est concave et de m8me courbure que la périphérie des varistances 18.
Cette grande base a en outre une longueur telle que la so~me de la longueur de toutes les grandes bases des tuteurs entourant la colonne soit lég~re~ent inf~rieure au périm~tre des pastilles pour venir entourer de façon presque continue la périphérie de celles-ci et ainsi retenir tout fragment qui pourra se former en cas de cassure ou de brisure d'une ou de plusieurs des varistances 18.
Cette section en forme de trap`eze isocèle est très avantageuse dans la mesure o~ elle permet d'obtenir un parfait encerclement des pastilles de varistances 18 tout en augmentant au maximum l'espace libre d~fini par les passages 43.
Tel qu'il a été indiqué ci-dessus, l'utilité principale des tuteurs 41 est de retenir au centre de la cavité 5 les fragments de varistance qui pourraient se former en cas de cassure de ces derniers suite à un e~ballement thermique sévère. Advenant un tel défaut, une ou plusieurs des varistances se fragmenteront diamétralement tel qu'illustré sur la fig. 4 et am~neront à la formation d'un arc à
l'intérieur de la cavité 5. Cet arc bien entendu se formera et s'épandra à l'intérieur d'un des passages 43 où il se verra canaliser grâce aug tuteurs adjacents 41 vers le couvercle 19, en vue de déchirer le diaphragme et d'assurer l'expulsion des gaz chauds dans la tuyère 31.
~ 3 ~
Gr~ce aux tuteurs dont les grandes bases entourent presque en continuité la circonference de la colonne, aucun fragment ne risque d'entrer dans l'espace 43 dans lequel se formera l'arc. En conséq~ence, les risques d'obstruction du passage sont quasiment éliminés, ce qui, du m~me coup, réduit au maximum les risques d'e~plosion de l'enveloppe 3.
Dès la ~ormation de l'arc, la chaleur g~nérée et 1'onde de choc amèneront les boulons 47 à se cisailler et, de 1~, les tuteurs à
totalement se libérer de la base 45 pour devenir mobiles. Les deux tuteurs bordant le passage 43 dans lequel l'arc se ~ormera pourront donc alors glisser dans les directions opposées sous l'effet de l'arc.
Cet ~cartement permettra d'ouvrir au maximum le passage 43 et, de là, assurera une e~pansion de l'arc sans aucune contrainte.
Il convient de mentionner que des essais ont été effectu~s dans le cadre d'une nouvelle norme de la société HYDRD QUEBEC, à
savoir la norme B-31.19-03 de 1988. Ces essais qui ont été effectués sur des parafoudres du type d~crit dans la demande de brevet canadien en colnstance no 526.139 avec des tuteurs mobiles faits en béton polym~re se sont avérés e~tremement positifs.
Claims (8)
1. Un parafoudre du type "monocolonne", comprenant:
- une enveloppe constituée d'un matériau isolant, ladite enveloppe ayant une paroi interne définissant une cavité de forme généralement cylindrique pourvue de deux extrémités dont une au moins est non fermée;
- une colonne unique de varistances disposée à l'intérieur de ladite cavité, lesdites varistances ayant la forme de pastilles cylindriques de diamètre inférieur à celui de la cavité de l'enveloppe, les pastilles étant empilées les unes au dessus des autres pour ainsi former la colonne unique;
- des moyens pour maintenir les pastilles ainsi empilées en colonne dans l'enveloppe; et - des contacts électriques disposés aux deux extrémités de la cavité de l'enveloppe pour permettre le montage électrique de ladite colonne de varistances en parallèle aux bornes d'un appareil électrique à protéger contre les surtensions, caractérisé en ce que lesdits moyens pour maintenir lesdites pastilles empilées en colonne dans la cavité de l'enveloppe incluent au moins trois tuteurs faits en un matériau à la fois isolant et non élastique, lesdits tuteurs s'étendant chacun sur toute la hauteur de la colonne et étant symétriquement disposés autour de celle-ci pour former et maintenir tout autour de ladite colonne un nombre de passages rectilignes égal au nombre de tuteurs en cas d'une brisure des pastilles sous l'effet d'un emballement thermique sévère dû à un défaut interne du parafoudre, lesdits passages définis entre la paroi interne de l'enveloppe, les tuteurs et la colonne permettant à tout arc électrique interne lors du défaut de s'épandre au sein de la cavité et aux gaz chauds générés par cet arc de s'évacuer à chaque extrémité non fermée de l'enveloppe, ceci réduisant les risques d'explosion de l'enveloppe.
- une enveloppe constituée d'un matériau isolant, ladite enveloppe ayant une paroi interne définissant une cavité de forme généralement cylindrique pourvue de deux extrémités dont une au moins est non fermée;
- une colonne unique de varistances disposée à l'intérieur de ladite cavité, lesdites varistances ayant la forme de pastilles cylindriques de diamètre inférieur à celui de la cavité de l'enveloppe, les pastilles étant empilées les unes au dessus des autres pour ainsi former la colonne unique;
- des moyens pour maintenir les pastilles ainsi empilées en colonne dans l'enveloppe; et - des contacts électriques disposés aux deux extrémités de la cavité de l'enveloppe pour permettre le montage électrique de ladite colonne de varistances en parallèle aux bornes d'un appareil électrique à protéger contre les surtensions, caractérisé en ce que lesdits moyens pour maintenir lesdites pastilles empilées en colonne dans la cavité de l'enveloppe incluent au moins trois tuteurs faits en un matériau à la fois isolant et non élastique, lesdits tuteurs s'étendant chacun sur toute la hauteur de la colonne et étant symétriquement disposés autour de celle-ci pour former et maintenir tout autour de ladite colonne un nombre de passages rectilignes égal au nombre de tuteurs en cas d'une brisure des pastilles sous l'effet d'un emballement thermique sévère dû à un défaut interne du parafoudre, lesdits passages définis entre la paroi interne de l'enveloppe, les tuteurs et la colonne permettant à tout arc électrique interne lors du défaut de s'épandre au sein de la cavité et aux gaz chauds générés par cet arc de s'évacuer à chaque extrémité non fermée de l'enveloppe, ceci réduisant les risques d'explosion de l'enveloppe.
2. Parafoudre selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour maintenir les pastilles empilées en colonne dans la cavité de l'enveloppe incluent également une base rigide disposée à une extrémité de la colonne et sur laquelle sont montés des tuteurs, ce montage assurant à lui seul le maintien desdits tuteurs en position autour de la colonne.
3. Parafoudre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la base a un diamètre supérieur à celui des pastilles et en ce que les tuteurs sont fixes par une extrémité à même cette base au moyen de tiges de fixation capables de se cisailler à la moindre surpression ou surchauffe.
4. Parafoudre selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tiges de fixation capables de se cisailler aisément sont des boulons en NYLON .
5. Parafoudre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que le matériau dont les tuteurs sont faits est un matériau rigide choisi parmi la porcelaine, les céramiques et les isolants synthétique rigides du type béton-époxy et béton-polymère.
en ce que le matériau dont les tuteurs sont faits est un matériau rigide choisi parmi la porcelaine, les céramiques et les isolants synthétique rigides du type béton-époxy et béton-polymère.
6. Parafoudre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposé de façon à ce que la grande base dudit trapèze vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles, ladite grande base étant concave et de même courbure que ladite périphérie.
en ce que chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposé de façon à ce que la grande base dudit trapèze vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles, ladite grande base étant concave et de même courbure que ladite périphérie.
7. Parafoudre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposée de façon à ce que la grande base dudit trapèze vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles, ladite grande base étant concave et de même courbure que ladite périphérie et ayant une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit légèrement inférieure au périmètre des pastilles.
en ce que chaque tuteur a une section en forme de trapèze isocèle et est disposée de façon à ce que la grande base dudit trapèze vienne prendre appui sur la périphérie des pastilles, ladite grande base étant concave et de même courbure que ladite périphérie et ayant une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit légèrement inférieure au périmètre des pastilles.
8. Parafoudre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé
en ce que:
- les tuteurs sont au nombre de quatre et ont chacun une section en forme de trapèze isocèle;
- lesdits tuteurs sont disposés de façon à ce que les grandes bases de leur section trapézoïdale viennent prendre appui sur la périphérie des pastilles, lesdites grande bases étant concaves et de même courbure que ladite périphérie et ayant une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit légèrement inférieure au périmètre des pastilles;
- lesdits moyens pour maintenir les pastilles empilées en colonne dans l'enveloppe incluent en outre un ressort monté entre un des contacts électriques et la colonne de varistances;
- ledit parafoudre comprend également un diaphragme de protection disposé en travers de chaque extrémité non fermée de la cavité de son enveloppe, ledit diaphragme étant constitué d'un matériau facilement déchirable par surpression au sein de la cavité
pour ainsi permettre l'évacuation de gaz chauds générés par un arc électrique en cas de défaut intervenu par la foudre;
ledit parafoudre comprend en outre une tuyère disposée au dessus de chaque extrémité non fermée de l'enveloppe pour orienter l'évacuation des gaz chauds en cas de défaut interne et de déchirure du diaphragme.
en ce que:
- les tuteurs sont au nombre de quatre et ont chacun une section en forme de trapèze isocèle;
- lesdits tuteurs sont disposés de façon à ce que les grandes bases de leur section trapézoïdale viennent prendre appui sur la périphérie des pastilles, lesdites grande bases étant concaves et de même courbure que ladite périphérie et ayant une longueur telle que la somme de toutes les grandes bases de tous les tuteurs soit légèrement inférieure au périmètre des pastilles;
- lesdits moyens pour maintenir les pastilles empilées en colonne dans l'enveloppe incluent en outre un ressort monté entre un des contacts électriques et la colonne de varistances;
- ledit parafoudre comprend également un diaphragme de protection disposé en travers de chaque extrémité non fermée de la cavité de son enveloppe, ledit diaphragme étant constitué d'un matériau facilement déchirable par surpression au sein de la cavité
pour ainsi permettre l'évacuation de gaz chauds générés par un arc électrique en cas de défaut intervenu par la foudre;
ledit parafoudre comprend en outre une tuyère disposée au dessus de chaque extrémité non fermée de l'enveloppe pour orienter l'évacuation des gaz chauds en cas de défaut interne et de déchirure du diaphragme.
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