EP0262056B1 - Indicator for signalizing a short circuit in a lightning arrester - Google Patents

Abstract

In order visually to indicate the existence of a "continuation" current through a lightning arrester, an indicator is associated therewith, which is formed by an elastically deformable strip maintained retracted against capsule electrode by a retention mechanism which is associated with an electrical filter which causes fusion of a fusible wire under the effect of a "continuation" current. Once its end is released, the strip projects outwardly of the lightning arrester and marks the location of the defective insulation.

Description

La présente invention a trait aux dispositifs parafoudres destinés à la protection des lignes électriques, tout particulièrement des lignes aériennes à moyenne tension.The present invention relates to surge protective devices intended for the protection of power lines, in particular of medium voltage overhead lines.

On sait que les dispositifs du genre en question comprennent généralement un corps isolant pourvu de deux capsules de connexion respectivement reliées à la ligne électrique à protéger et à la terre. Ce corps renferme un élément qui en fonctionnement normal assure l'isolation réciproque des deux capsules susmentionnées, tout en étant susceptible de devenir momentanément conducteur sous l'effet d'une brusque élévation de la tension due à la chute de la foudre sur la ligne, étant observé que ledit élément doit redevenir parfaitement isolant une fois l'onde de choc haute tension ainsi évacuée.It is known that devices of the kind in question generally comprise an insulating body provided with two connection capsules respectively connected to the electric line to be protected and to the ground. This body contains an element which in normal operation ensures the reciprocal isolation of the two aforementioned capsules, while being liable to become momentarily conductive under the effect of an abrupt rise in voltage due to the fall of lightning on the line, being observed that said element must become perfectly insulating once the high voltage shock wave thus removed.

Or il arrive que ce retour à l'état isolant s'effectue dans de mauvaises conditions, par suite notamment d'un endommagement de l'élément d'isolation, auquel cas il y a apparition d'un courant dit "de suite" qui constitue en fait un court-circuit sur la ligne électrique envisagée. Comme cette dernière comporte le plus souvent un grand nombre de parafoudres, il est difficile en pratique de déterminer quel est le dispositif qui donne lieu au courant de "suite" et au court-circuit.However, it happens that this return to the insulating state takes place in poor conditions, in particular as a result of damage to the insulating element, in which case there is the appearance of a current known as "immediately" which in fact constitutes a short circuit on the envisaged power line. As the latter usually includes a large number of surge arresters, it is difficult in practice to determine which device gives rise to the "continuation" current and to the short circuit.

C'est à cet inconvénient qu'entend remédier la présente invention, laquelle a pour objet un indicateur destiné à être incorporé aux dispositifs classiques en vue de signaler de manière parfaitement apparente la mise en court-circuit éventuelle du parafoudre auquel ledit indicateur est associé.It is to this drawback that the present invention intends to remedy, which relates to an indicator intended to be incorporated in conventional devices in order to signal in a perfectly apparent manner the possible short-circuiting of the arrester with which said indicator is associated.

L'indicateur suivant l'invention est principalement remarquable en ce qu'il comprend une bande rectiligne qui est réalisée en une matière élastiquement déformable de façon à pouvoir être rabattue et éclipsée moyennant déformation contre le parafoudre et dont l'une des extrémités est rendue solidaire de celui-ci tandis que l'extrémité opposée est retenue en place à l'aide d'un mécanisme de verrou placé sous la dépendance de moyens électriques de libération actionnés dès l'apparition d'un courant de "suite" à travers le parafoudre envisagé.The indicator according to the invention is mainly remarkable in that it comprises a rectilinear strip which is made of an elastically deformable material so as to be able to be folded down and eclipsed by means of deformation against the arrester and of which one end is made integral of the latter while the opposite end is held in place by means of a latch mechanism placed under the dependence of electrical release means actuated as soon as the occurrence of a "continuation" current through the arrester considered.

On conçoit que la bande de signalisation est pratiquement invisible aussi longtemps qu'elle est maintenue à l'état rabattu contre le corps du parafoudre, alors que dès que le mécanisme de verrou l'a libérée, ladite bande se déploie brusquement en constituant une sorte de drapeau qui fait latéralement saillie sur le corps précité et qui peut de ce fait être très aisément détecté.It is understood that the signaling strip is practically invisible as long as it is kept folded against the body of the surge arrester, whereas as soon as the latch mechanism has released it, said strip deploys suddenly by constituting a sort of flag which projects laterally on the aforementioned body and which can therefore be very easily detected.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer :

• Fig. 1 est une vue en perspective représentant un indicateur suivant l'invention monté sur le corps d'un parafoudre de type connu.
• Fig. 2 est une coupe axiale de la partie inférieure du parafoudre et de l'indicateur qui lui est incorporé.
• Fig. 3 montre à plus grande échelle l'agencement de cet indicateur.
• Fig. 4 est le schéma du branchement électrique correspondant.
• Fig. 5 illustre une variante de réalisation de fig. 3.
• Fig. 6 est une coupe axiale analogue à celle de fig. 2, mais correspondant à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention.
• Fig. 7 représente le schéma de branchement correspondant à fig. 6.

The appended drawing, given by way of example, will allow a better understanding of the invention, the characteristics which it presents and the advantages which it is capable of providing:

• Fig. 1 is a perspective view showing an indicator according to the invention mounted on the body of a known type arrester.
• Fig. 2 is an axial section of the lower part of the arrester and of the indicator incorporated therein.
• Fig. 3 shows on a larger scale the arrangement of this indicator.
• Fig. 4 is the diagram of the corresponding electrical connection.
• Fig. 5 illustrates an alternative embodiment of FIG. 3.
• Fig. 6 is an axial section similar to that of FIG. 2, but corresponding to another embodiment of the invention.
• Fig. 7 shows the connection diagram corresponding to fig. 6.

En fig. 1 la référence 1 désigne l'électrode ou capsule de connexion prévue à la base du corps isolant 2 d'un parafoudre quelconque, que pour fixer les idées on supposera être du type de celui décrit dans la demande de brevet FR-A-26 00 834 publiée le 31 décembre 1987 au nom de la Demanderesse. La partie inférieure de l'élément d'isolation 3 (fig. 2) de ce parafoudre est reliée par un ressort 4 à un disque métallique 5, lequel est lui-même relié à la capsule 1 à travers l'indicateur qui fait l'objet de la présente invention.In fig. 1 the reference 1 designates the electrode or connection capsule provided at the base of the insulating body 2 of any arrester, that to fix the ideas one will suppose to be of the type described in patent application FR-A-26 00 834 published December 31, 1987 in the name of the Claimant. The lower part of the insulation element 3 (fig. 2) of this arrester is connected by a spring 4 to a metal disc 5, which is itself connected to the capsule 1 through the indicator which makes the object of the present invention.

Cet indicateur comprend en premier lieu une bande rectiligne 6 en une matière élastiquement déformable, par exemple en acier à ressort. L'une des extrémités de cette bande 6 est fixée à demeure à la capsule 1 par un rivet 7, tandis que l'extrémité opposée, pourvue d'un goujon de retenue 8, coopère avec un mécanisme de verrou de façon à ce que ladite bande 6 soit susceptible d'être maintenue à l'état rabattu et éclipsé contre ladite capsule 1.This indicator firstly comprises a straight strip 6 made of an elastically deformable material, for example spring steel. One end of this strip 6 is permanently fixed to the capsule 1 by a rivet 7, while the opposite end, provided with a retaining stud 8, cooperates with a latch mechanism so that said strip 6 is capable of being held in the folded state and eclipsed against said capsule 1.

Dans la forme de réalisation suivant fig. 2, ce mécanisme de verrou comprend un fil fusible 9 en forme d'épingle, dont la partie centrale est attachée à la queue profilée du goujon 8, lequel traverse un trou de la capsule 1 pour coulisser axialement dans une ouverture 10a d'une entretoise isolante 10 maintenue entre le disque 5 et le fond de la capsule 1 précitée.In the embodiment according to fig. 2, this latch mechanism comprises a fusible wire 9 in the form of a pin, the central part of which is attached to the profiled tail of the stud 8, which passes through a hole in the capsule 1 to slide axially in an opening 10 a of insulating spacer 10 held between the disc 5 and the bottom of the aforementioned capsule 1.

Comme montré en détail en fig. 3 et 4, les extrémités du fil fusible 9 se raccordent à un filtre formé par deux bobinages 11 et 12 branchés en parallèle entre le disque 5 et la capsule de connexion 1.As shown in detail in fig. 3 and 4, the ends of the fusible wire 9 are connected to a filter formed by two windings 11 and 12 connected in parallel between the disc 5 and the connection capsule 1.

Le bobinage 11 est réalisé sur un support 13 de façon à présenter deux enroulements superposés 11a et 11b dont les spires sont inversées afin d'annuler le champ magnétique engendré et d'obtenir de la sorte une bobine aselfique formant résistance. Le bobinage 12 est effectué sur un support 14 établi à un diamètre intérieur plus important, de façon à entourer l'un ou l'autre des enroulements 11a et 11b et à obtenir en tout état de cause une bobine selfique.The winding 11 is produced on a support 13 so as to present two superimposed windings 11 a and 11 b , the turns of which are reversed in order to cancel the magnetic field generated and thus obtain an aselfic coil forming a resistance. The winding 12 is carried out on a support 14 established at a larger internal diameter, so as to surround one or the other of the windings 11 a and 11 b and in any event to obtain an inductive coil.

Sur le plan structurel il convient d'observer que l'ensemble du filtre ci-dessus décrit est réalisé à l'aide d'un fil continu dont une extrémité, raccordée à l'extrémité correspondante du fil fusible 9, présente une large boucle 15 qui est engagée dans deux entailles 10b pratiquées dans un épaulement supérieur 10c de l'entretoise isolante 10, lequel épaulement 10c est destiné à former appui pour le disque métalique 5 sus-décrit. On conçoit que si l'on prend soin d'établir les entailles 10b à une profondeur légèrement inférieure au diamètre du fil de la boucle 15, lors du montage de l'ensemble ce fil va être écrasé entre le fond desdites entailles et la face inférieure du disque 5, si bien qu'on obtient une connexion efficace sans autre moyen particulier.Structurally, it should be observed that the whole of the filter described above is produced using a continuous wire, one end of which, connected to the corresponding end of the fusible wire 9, has a wide loop 15 which is engaged in two notches 10 b formed in an upper shoulder 10 c of the insulating spacer 10, which shoulder 10 c is intended to form a support for the metal disc 5 described above. It is understood that if care is taken to establish the notches 10 b at a depth slightly less than the diameter of the wire of the loop 15, during assembly of the assembly this wire will be crushed between the bottom of said notches and the face bottom of disk 5, so that an efficient connection is obtained without any other particular means.

De la même manière l'extrémité du fil qui sort de l'enroulement inférieur 11b du bobinage aselfique 11 forme une large boucle 16 qui est elle-même engagée dans deux entailles 10d pratiquées dans le bord inférieur de l'entretoise isolante 10, ceci afin d'assurer la jonction automatique de la sortie du filtre avec la capsule 1 liée à la terre.In the same way the end of the wire which leaves the lower winding 11b of the aselfic winding 11 forms a wide loop 16 which is itself engaged in two notches 10 d formed in the lower edge of the insulating spacer 10, this in order to ensure the automatic junction of the filter outlet with the capsule 1 linked to the ground.

L'extrémité libre de la boucle inférieure 16 pénètre sur le support 14 à grand diamètre pour constituer le bobinage 12 dont l'extrémité de sortie est liée à l'extrémité libre du fil fusible 9, lequel se trouve ainsi branché en série avec ledit bobinage 12.The free end of the lower loop 16 enters the large diameter support 14 to form the winding 12, the outlet end of which is linked to the free end of the fusible wire 9, which is thus connected in series with said winding. 12.

En ce qui concerne la réalisation pratique du bobinage aselfique, on peut avoir recours à la variante d'exécution illustrée en fig. 5 suivant laquelle on prévoit un enroulement unique 111 avec toutes les spires dirigées dans le même sens, étant toutefois entendu que le bobinage est effectué à double (boucle centrale référencée 111ʹ) de façon à ce que le courant circule en sens inverses dans deux spires adjacentes. Dans ces conditions l'annulation du champ magnétique est ici obtenue dans de meilleurs conditions que dans le cas de fig. 3. Le bobinage selfique 12 est réalisé sur un support extérieur 14, de la même manière qu'en fig. 3.As regards the practical embodiment of the aselfic winding, recourse may be had to the alternative embodiment illustrated in FIG. 5 according to which a single winding 111 is provided with all the turns directed in the same direction, it being understood however that the winding is carried out double (central loop referenced 111ʹ) so that the current flows in opposite directions in two adjacent turns . Under these conditions, the cancellation of the magnetic field is obtained here in better conditions than in the case of FIG. 3. The inductive winding 12 is produced on an external support 14, in the same manner as in FIG. 3.

Le fonctionnement du filtre 11-12 ou 111-12 associé au fil fusible ressort des explications qui précédent et se comprend aisément.The operation of the filter 11-12 or 111-12 associated with the fuse wire is apparent from the foregoing explanations and is easily understood.

Lorsque la ligne électrique aérienne à laquelle le parafoudre envisagé est associé est sous tension normale, l'élément d'isolation 3 fonctionne de manière parfaite et s'oppose à toute liaison entre la ligne aérienne et la terre.When the overhead power line with which the envisaged surge arrester is associated is under normal voltage, the insulation element 3 functions perfectly and opposes any connection between the overhead line and the earth.

Quand par contre la foudre tombe sur cette ligne aérienne en déterminant une brusque élévation de l'intensité, le bobinage selfique 12 assure de manière instantanée le blocage du très fort $\frac{\text{dI}}{\text{dt}}$

, de telle sorte que le courant à très haute tension ne peut passer ni à travers ledit bobinage, ni à travers le fil fusible 9 branché en série avec celui-ci et qui continue de ce fait à retenir efficacement le goujon 8 et la bande 6. En conséquence ce courant est obligé de s'écouler à la terre à travers la résistance formée par la bobine aselfique 11 ou 111, en permettant, après évacuation, à l'élément d'isolation 3 de revenir à son état initial pour lequel il s'oppose à tout passage de courant.When, on the other hand, lightning strikes this overhead line, determining a sudden increase in intensity, the inductive winding 12 instantly blocks the very strong $\frac{\text{dI}}{\text{dt}}$

, so that the very high voltage current can pass neither through said coil, nor through the fuse wire 9 connected in series with it and which therefore continues to effectively retain the stud 8 and the strip 6 Consequently, this current is forced to flow to the earth through the resistance formed by the aselfic coil 11 or 111, allowing, after evacuation, the insulation element 3 to return to its initial state for which it opposes any flow of current.

Si par contre, par suite d'un endommagement ou du vieillissement de l'élément d'isolation 3, ce dernier laisse passer un courant de "suite" qui provoque évidemment un court-circuit sur la ligne aérienne protégée et la disjonction de celle-ci hors du réseau, il y a lieu de repérer celui, parmi les différents parafoudres posés sur cette ligne, qui est siège de ce courant de "suite".If, however, as a result of damage or aging the insulating element 3, the latter allows a "continuation" current to flow which obviously causes a short circuit on the protected overhead line and the disjunction thereof outside the network, it is necessary to locate that, among the various surge arresters placed on this line, which is the seat of this "continuation" current.

Or on conçoit sans peine que par suite de son caractère aselfique la bobine 11 ou 111 interdit ou tout au moins freine le passage du courant de "suite" à 50 Hertz, si bien que ce courant est obligé de passer à travers la bobine 12 et le fil fusible 9 branché en série avec celle-ci. Comme ce fil fusible est établi de manière à fondre sous ce courant, il libère en conséquence le goujon 8. Du fait de sa résistance élastique à la déformation, l'extrémìté de la bande 6 est elle-même libérée, de telle sorte qu'elle reprend brusquement sa position rectiligne initiale, en faisant ainsi saillie latéralement par rapport au corps 1 du parafoudre, à la manière d'un drapeau de signalisation (position indiquée en tracé interrompu en 6ʹ en fig. 1).Now it is easily understood that, owing to its aselfic nature, the coil 11 or 111 prohibits or at least slows down the passage of the current from "continuation" to 50 Hertz, so that this current is forced to pass through the coil 12 and the fuse wire 9 connected in series with it. As fusible wire is set mani ry to melt under this current, it releases as a result the pin 8. Owing to its elastic resistance to deformation, the end of the strip 6 is itself released, so that it suddenly resumes its initial rectilinear position, thus projecting laterally with respect to the body 1 of the arrester, in the manner of a signaling flag (position indicated in broken line in 6ʹ in fig. 1).

Un tel drapeau est susceptible d'être aisément détecté, surtout si l'on a pris soin de colorer en rouge vif ou en jaune lumineux la face de la bande 6 qui est normalement appliquée contre la capsule 1. Le fil fusible 9 peut bien entendu être remplacé en vue de la remise en état de l'indicateur, après réparation du parafoudre lui-même.Such a flag is capable of being easily detected, especially if care has been taken to color in bright red or bright yellow the face of the strip 6 which is normally applied against the capsule 1. The fusible wire 9 can of course be replaced in order to restore the indicator, after repairing the arrester itself.

Fig. 6 et 7 illustrent un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, suivant lequel le support 13 du bobinage aselfique 11 ou 111 est agencé pour recevoir à coulissement un noyau mobile 17 analogue à celui d'un électro-aimant et propre à former mécanisme de verrou en coopération avec une gachette 18. L'extrémité inférieure de ce noyau est au contact de la partie déformable 18a de la gachette 18 précitée, qui prend appui contre la face intérieure de la capsule de connexion 1. La gachette 18 se prolonge verticalement en 18b au-delà de la partie déformable 18a, pour présenter une partie terminale en forme de fourche ouverte vers le haut, à l'intérieur de laquelle est introduite la gorge de la queue profilée du goujon de retenue 8 associé à la bande 6.Fig. 6 and 7 illustrate another embodiment of the invention, according to which the support 13 of the aselfic winding 11 or 111 is arranged to receive slidingly a movable core 17 similar to that of an electromagnet and suitable for forming latch mechanism in cooperation with a trigger 18. The lower end of this core is in contact with the deformable part 18 a of the aforementioned trigger 18, which bears against the inner face of the connection capsule 1. The trigger 18 is extends vertically at 18 b beyond the deformable part 18 a , to present a fork-shaped end part open upwards, inside which is inserted the groove of the profiled tail of the retaining stud 8 associated with band 6.

Le fonctionnement général de cette forme de réalisation est identique à celui exposé ci-dessus en référence à fig. 2 à 5, à la seule différence près du mécanisme de verrou constitué par le noyau 17 de la gachette 18. Cette dernière retient le goujon 8 à la position verrouillée, jusqu'à ce que sous l'effet du passage du courant de "suite", le noyau 17 se déplace vers le bas et que la partie déformable 18a de la gachette 18 se déforme sous la pression que le noyau 17 exerce sur elle (tracé en trait interrompu de fig. 6). Le déplacement vers le bas des parties 18a et 18b de la gachette libère le goujon 8 de la fourche terminale de retenue, si bien que la bande de signalisation se déploye latéalement à la manière illustrée en 6ʹ en fig. 1.The general operation of this embodiment is identical to that set out above with reference to FIG. 2 to 5, with the only difference near the latch mechanism constituted by the core 17 of the trigger 18. The latter retains the stud 8 in the locked position, until under the effect of the passage of the "continuation" current, the core 17 moves downwards and the deformable part 18 a of the trigger 18 deforms under the pressure that the core 17 exerts on it (dashed line in Fig. 6). The downward movement of the parts 18 a and 18 b of the trigger releases the stud 8 from the terminal retaining fork, so that the signaling strip deploys laterally as illustrated in 6ʹ in fig. 1.

On conçoit que l'invention englobe les parafoudres équipés d'un in dicateur de signalisation de mise en court-circuit du type sus-décrit.It will be appreciated that the invention encompasses lightning arresters fitted with an indicator for signaling short-circuiting of the type described above.

Claims (8)

1. Indicator for signalling the short-circuiting of a lightning arrester, this lightning arrester comprising an insulating element (3) which normally separates the two connection electrodes or capsules, while being capable of becoming a conductor to discharge to the earth the very high-voltage current of the lightning, and of returning to the insulating state once this current has been discharged, characterised in that the indicator comprises a rectilinear strip (6) which is made of an elastically deformable material so as to be able to be folded down and eclipsed with deformation against the lightning arrester (1-2-3) and one of the ends of which is made integral therewith while the opposite end is kept in place with the aid of a locking mechanism (8-9, 8-17-18) controlled by electric release means (11-12, 111-12) which are activated as soon as a following current appears across the insulating element (3) of the lightning arrester, the strip (6) then unfolding laterally in the manner of a flag (6').
2. Indicator according to Claim 1, characterised in that the electric release means comprise a filter formed by two windings, one (12) of which is of the inductive type in order to arrest the very high-voltage current of very strong $\frac{\text{dI}}{\text{dt}}$

   

   , while the other (11, 111) is of the noninductive type in order to slow down the passage of any possible following current which, due to its low frequency, passes across the inductive winding (12) and thus activates the locking mechanism (8-9, 8-17-18).
3. Indicator according to Claim 2, characterised in that the noninductive winding (11) is formed by two coils (11a, 11b) having opposite pitches in order to cancel out the magnetic field.
4. Indicator according to Claim 2, characterised in that the noninductive winding (111) is formed by a single coil made using a double wire which is obtained by folding it over on itself, in such a manner that the current travels in opposite directions in two adjacent turns.
5. Indicator according to any one of the preceding Claims, characterised in that the locking mechanism comprises a sliding pin (8) associated with a fusible retaining wire (9) connected in series with the inductive winding (12).
6. Indicator according to any one of Claims 1 to 4, characterised in that the locking mechanism comprises a core (17) which is movable in the interior of the inductive winding (12) in such a manner as to be displaced when the following current runs through said winding and thus to come to bear against a deformable trigger (18) which retains the sliding pin (8) associated with the free end of the indicator strip (6).
7. Indicator according to any one of Claims 2 to 6, characterised in that the two windings (11-12, 111-12) are made with the aid of a continuous wire which is provided with two connection loops (15, 16), each of which is engaged in two notches (10b, 10d) made in one or the other of the edges of an insulating distance sleeve (10) which is kept pressed against the metallic junction pieces (5), the depth of the afore-mentioned notches being slightly less than the diameter of the wire of the loops (15, 16) so that said wire is crushed when the above-mentioned pieces are assembled, thus producing the junction.
8. Lighting arrester for electric lines, characterised in that it incorporates an indicator according to any one of Claims 1 to 7.

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