EP0406099A1 - Isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection - Google Patents

Isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection Download PDF

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EP0406099A1
EP0406099A1 EP90401827A EP90401827A EP0406099A1 EP 0406099 A1 EP0406099 A1 EP 0406099A1 EP 90401827 A EP90401827 A EP 90401827A EP 90401827 A EP90401827 A EP 90401827A EP 0406099 A1 EP0406099 A1 EP 0406099A1
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René Parraud
Maurice Soucille
Guy Thévenet
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01T1/00—Details of spark gaps
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
    • H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
    • H01T4/14—Arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to an alternating current line insulator provided with a protective spark gap, this insulator being able to be an insulator made of tempered glass, ceramic or a composite insulator.
  • the field of application concerned is for example that of medium voltage AC networks.
  • a protective spark gap is generally associated with a chain of insulators composed of one or more elements to protect downstream equipment in the event of bypass.
  • the two ends of the insulator are equipped with a horn by means of an adjustable fixing, so that the distance between the two horns can be perfectly adjusted according to the nominal voltage of the network.
  • Such a spark gap is simple, robust, easy to maintain. Its level of protection from transformers and aero-underground lifts is considered sufficient in most cases. It fully regenerates the isolation after bypass. However, it has drawbacks. First of all, it is subject to untimely tripping caused by the presence of snow, branches or birds which short-circuit the horns. In addition, in the event of ignition, the current on is rarely cut while the arc lengthens going up between the horns. This follow-on current causes a potential rise in the earth connection, the opening of the source station's circuit breakers and the creation of a micro-interruption on the network.
  • the object of the present invention is to modify the insulator to avoid this drawback, this modification having to be as economical as possible and able to also be adapted to insulators already mounted in line and under voltage.
  • the subject of the present invention is an alternating current line isolator provided with a protective spark gap formed by two horns fixed by adjustable supports at the ends of said isolator, so that the spacing between these horns is well determined, characterized by the fact that between the end of said insulator intended to be connected to earth and the support of the corresponding horn is interposed a device for switching off the current on composite comprising one or more several pellets, made of a varistor-type material, such as zinc oxide, two end fittings, means for ensuring the electrical connection between the two fittings and an envelope formed by a filament winding made of glass fibers impregnated with resin, the assembly being provided with a finned coating of injected elastomer.
  • the lateral surface of the pellets has areas not covered with fibers, these areas forming cells partially filled with resin.
  • FIG. 1 a chain of insulators 1 consisting of two insulators 2 and 3.
  • the cover 13 and the rod 14 are provided with supports 4 and 5 for two horns 6 and 7.
  • Perforated portions 8 and 9 of these horns associated with fasteners 10 make it possible to adjust their spacing.
  • An anti-bird device 11, fixed to the cover 12, is provided between the two horns 6 and 7.
  • a follow-up current cut-off device 30, similar to the device 20, is more clearly visible in FIG. 3.
  • This device 30 comprises, between its two fittings 23 and 24, two pellets 31 and 32 of zinc oxide, metallized along their flat faces 33.
  • a stack having a common axis 35 is produced by interposing between the pellets 31 and 32 a tubular spacer 36, which may be metallic or insulating, it has an internal housing 37, like the fittings 23 and 24.
  • This whole assembly is provided with an envelope 40 based on filament winding and defining ribbons 41 forming a lattice leaving free of the alveolar zones 42.
  • the fibers are impregnated with resin and the zones 42 contain resin.
  • the angle of the winding with respect to the axis 35 is between 30 ° and 60 °.
  • the percentage of surface represented by the zones 42 with respect to the entire surface of the stack is approximately 25%. It can vary between 15% and 35%.
  • the envelope formed is perfectly adherent to the lateral surfaces of the fittings 23 and 24, of the spacer 36 and of the pads 31 and 32.
  • a finned coating 50 is then injected of elastomer, for example EPDM, silicone or other insulating material, in order to ensure complete sealing of the device 30.
  • FIG. 4 shows the shape of the voltage curves U as a function of the current I for a horn spark gap of the prior art (curve A) and for a horn spark gap associated with a device according to the invention (curve B) .
  • the horn spark gap 6, 7 starts (as in curve A), then this voltage is transferred to the device 20 which becomes on and cuts the current immediately in less than a quarter of a period (curve B). For example, it admits a large amplitude overcurrent, such as a 65 kA wave of 0.4 microsecond duration.
  • Comparative tests were carried out between the two insulators of FIGS. 1 and 2, both subjected to a voltage of 13.9 kV and to a short-circuit current of 8 kA, obtained by short-circuiting the two horns by a silver wire.
  • the circuit breaker of the apparatus has been tripped.
  • the follow-on current was removed in less than a quarter of a period.
  • the immediate current cutoff device has many advantages. It holds the line tension, even in pollution conditions, when all the line tension is applied to it as a result of accidental shunting of the horns due to birds, branches, snow, etc.
  • removing the follow-on current avoids: - the opening of the source station circuit breakers and their wear, - micro-cuts which disrupt the quality of service, - the potential surges of the earth electrode prejudicial to medium voltage, low voltage equipment and to the telephone.
  • the isolator according to the invention with its immediate current cut-off device is simpler to implement and more economical than an isolator associated with a surge arrester.
  • the immediate current cut-off device is almost always de-energized during operation. No aging of zinc oxide pellets is to be feared under the effect of the network voltage.
  • the horn spark gap retains the insulation in the event of a hypothetical breakdown of the current cut-off device.
  • the invention is not limited to the embodiment which has just been described.
  • the insulator can be a composite insulator or be formed from a chain of ceramic dielectric insulators.
  • the immediate current cut-off device may comprise a single tablet or more than two stacked tablets.
  • the illustrated winding mode can be replaced by any other arrangement, in particular a winding without cells.

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Abstract

Isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection formé de deux cornes fixées par des supports réglables de manière que l'écartement entre ces cornes soit bien déterminé, caractérisé par le fait qu'entre l'extrémité (13) dudit isolateur (1) destinée à être reliée à la terre et le support de la corne (7) correspondante, est interposé un dispositif de coupure de courant de suite composite (20) comportant, entre deux ferrures métalliques extrêmes (23, 24), au moins une varistance, l'ensemble étant muni d'une enveloppe et d'un revêtement synthétiques.

Description

  • La présente invention concerne un isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection, cet isolateur pouvant être un isolateur en verre trempé, en céramique ou un isolateur composite.
  • Le domaine d'application concerné est par exemple celui des réseaux moyenne tension à courant alternatif.
  • Un éclateur de protection est généralement associé à une chaîne d'isolateurs composée d'un ou plusieurs éléments pour protéger un appareillage en aval en cas de contournement. Les deux extrémités de l'isolateur sont équipées d'une corne par l'intermédiaire d'une fixation réglable, de manière que l'écartement entre les deux cornes puisse être parfaitement ajusté en fonction de la tension nominale du réseau.
  • Un tel éclateur est simple, robuste, facile d'entretien. Son niveau de protection des transformateurs et des remontées aéro-souterraines est jugé suffisant dans la plupart des cas. Il régénère intégralement l'isolement après le contournement.
    Il présente toutefois des inconvénients. Tout d'abord il est soumis à des déclenchements intempestifs provoqués par la présence de neige, de branches ou d'oiseaux qui court-circuitent les cornes. Par ailleurs, en cas d'amorçage, le courant de suite est rarement coupé alors que l'arc s'allonge en remontant entre les cornes. Ce courant de suite provoque une montée de potentiel de la prise de terre, l'ouverture des disjoncteurs du poste source et la création d'une microcoupure sur le réseau.
  • La présente invention a pour but de modifier l'isolateur pour éviter cet inconvénient, cette modification devant être la plus économique possible et pouvoir s'adapter également sur des isolateurs déjà montés en ligne et sous tension.
  • La présente invention a pour objet un isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection formé de deux cornes fixées par des supports réglables aux extrémités dudit isolateur, de manière que l'écartement entre ces cornes soit bien déterminé, caractérisé par le fait qu'entre l'extrémité dudit isolateur destinée à être reliée à la terre et le support de la corne correspondante est interposé un dispositif de coupure de courant de suite composite comportant une ou plusieurs pastilles, en un matériau de type varistance, tel que l'oxyde de zinc, deux ferrures d'extrémités, des moyens pour assurer la liaison électrique entre les deux ferrures et une enveloppe formée d'un enroulement filamentaire en fibres de verre imprégnées de résine, l'ensemble étant muni d'un revêtement à ailettes en élastomère injecté. De préférence, la surface latérale des pastilles présente des zones non recouvertes de fibres, ces zones formant des alvéoles partiellement remplis de résine.
  • La structure d'un tel dispositif de coupure de courant de suite présente des analogies avec celle des parafoudres décrits dans les demandes de brevets européens publiés sous les numéros 0 274 674, 0 281 945, 0 304 690. Mais il faut remarquer que, contrairement au parafoudre qui est connecté aux bornes du réseau, le dispositif de coupure de courant de suite est hors tension ; il n'agit qu'en cas de surtensions temporaires : c'est pourquoi il est pratiquement insensible au vieillissement qui serait dû à l'application de contraintes électriques permanentes.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif.
  • Dans le dessin annexé :
    • - La figure 1 est une vue schématique d'un isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection selon l'art antérieur.
    • - La figure 2 est une vue schématique d'un isolateur de suspension muni d'un éclateur de protection et d'un dispositif de coupure de courant de suite composite selon l'invention.
    • - La figure 3 est une vue schématique en coupe partielle d'un dispositif de coupure de courant de suite composite, analogue à celui de la figure 2.
    • - La figure 4 montre l'allure des courbes V = f(I) pour les dispositifs apparaissant dans les figures 1 et 2.
  • On voit dans la figure 1 une chaîne d'isolateurs 1 constituée de deux isolateurs 2 et 3. On a référencé 12 et 13 les capots de ces isolateurs, et 14 la tige de l'isolateur 12 destinée à supporter une pince tenant un câble ; le capot 13 est destiné à être connecté à la terre. Le capot 13 et la tige 14 sont munis de supports 4 et 5 pour deux cornes 6 et 7. Des portions ajourées 8 et 9 de ces cornes associées à des fixations 10 permettent d'effectuer un réglage de leur écartement. Un dispositif anti-oiseaux 11, fixé sur le capot 12, est prévu entre les deux cornes 6 et 7.
  • On retrouve dans la figure 2 les mêmes éléments que dans la figure 1 repérés par les mêmes références. Le support 5 n'apparaît pas dans cette figure 2. Par contre entre la partie 9 de la corne 7 et le capot 13 est fixé, par l'intermédiaire de deux barres 21 et 22, un dispositif de coupure de courant de suite 20 au niveau de ses ferrures d'extrémités 23 et 24.
  • Un dispositif de coupure de courant de suite 30, analogue au dispositif 20, est visible plus clairement dans la figure 3.
  • Ce dispositif 30 comprend, entre ses deux ferrures 23 et 24, deux pastilles 31 et 32 en oxyde de zinc, métallisées suivant leurs faces planes 33. On réalise un empilement ayant un axe commun 35 en interposant entre les pastilles 31 et 32 une entretoise tubulaire 36, qui peut être métallique ou isolante elle présente un logement interne 37, comme les ferrures 23 et 24.
  • Afin d'assurer la continuité électrique, on dispose dans les logements 37 des lamelles métalliques 38, en contact avec les faces métallisées 33 des pastilles, et des ressorts 39 de faible pression.
  • Tout cet ensemble est muni d'une enveloppe 40 à base d'enroulement filamentaire et définissant des rubans 41 formant un treillis laissant libres des zones alvéolaires 42.
    Les fibres sont imprégnées de résine et les zones 42 contiennent de la résine. L'angle du bobinage par rapport à l'axe 35 est compris entre 30° et 60°. Le pourcentage de surface représentée par les zones 42 par rapport à l'ensemble de la surface de l'empilement est de 25 % environ. Il peut varier entre 15 % et 35 %. Après polymérisation de la résine, l'enveloppe formée est parfaitement adhérente aux surfaces latérales des ferrures 23 et 24, de l'entretoise 36 et des pastilles 31 et 32. On injecte ensuite un revêtement à ailettes 50 en élastomère, par exemple en EPDM, silicone ou autre matériau isolant, afin d'assurer l'étanchéité complète du dispositif 30.
  • On voit dans la figure 4 l'allure des courbes tension U en fonction du courant I pour un éclateur à cornes de l'art antérieur (courbe A) et pour un éclateur à cornes associé à un dispositif selon l'invention (courbe B).
    En cas de surtension, l'éclateur à cornes 6, 7 s'amorce (comme dans la courbe A), puis cette tension est reportée sur le dispositif 20 qui devient passant et coupe le courant de suite en moins d'un quart de période (courbe B). Par exemple il admet une surintensité de grande amplitude, telle qu'une onde de 65 kA de durée 0,4 microseconde.
  • On a effectué des essais comparatifs entre les deux isolateurs des figures 1 et 2, soumis tous les deux à une tension de 13,9 kV et à un courant de court-circuit de 8 kA, obtenu par court-circuit des deux cornes par un fil d'argent.
    Dans le cas de l'isolateur de la figure 1, le disjoncteur de l'appareillage a été déclenché.
    Dans le cas de l'isolateur de la figure 2, le courant de suite a été supprimé en moins d'un quart de période.
  • Le dispositif de coupure de courant de suite selon l' invention présente de nombreux avantages.
    Il tient la tension de la ligne, même dans des conditions de pollution, lorsque toute la tension de la ligne lui est appliquée par suite d'un shuntage accidentel des cornes dû aux oiseaux, aux branches, à la neige etc...
  • Par ailleurs, la suppression du courant de suite permet d'éviter :
    - l'ouverture des disjoncteurs du poste source et leur usure,
    - les microcoupures qui perturbent la qualité du service,
    - les montées de potentiel de la prise de terre préjudiciables aux appareillages moyenne tension, basse tension, et au téléphone.
  • L'isolateur selon l'invention avec son dispositif de coupure de courant de suite est plus simple à mettre en oeuvre et plus économique qu'un isolateur associé à un parafoudre.
  • Il est aisé de transformer un isolateur de l'art antérieur déjà installé (figure 1) en un isolateur selon l'invention (figure 2). Il suffit de démonter un seul boulon pour enlever la corne existante, et de serrer deux boulons pour assurer le montage du dispositif 20. Cette opération peut être faite hors tension et sous tension très facilement.
  • Le dispositif de coupure de courant de suite est pratiquement toujours hors tension en service. Aucun vieillissement des pastilles à l'oxyde de zinc n'est à craindre sous l'effet de la tension du réseau. L'éclateur à cornes conserve l'isolement en cas d'une hypothétique avarie du dispositif de coupure de courant de suite.
  • Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. En particulier, l'isolateur peut être un isolateur composite ou être formé d'une chaîne d'isolateurs à diélectriques en céramique. Le dispositif de coupure de courant de suite peut comporter une seule pastille ou plus de deux pastilles empilées. Le mode de bobinage illustré peut être remplacé par toute autre disposition, notamment un bobinage sans alvéoles.

Claims (3)

1/ Isolateur de ligne à courant alternatif muni d'un éclateur de protection formé de deux cornes fixées par des supports réglables de manière que l'écartement entre ces cornes soit bien déterminé, caractérisé par le fait qu'entre l'extrémité (13) dudit isolateur (1) destinée à être reliée à la terre et le support de la corne (7) correspondante, est interposé un dispositif de coupure de courant de suite composite (20) comportant une ou plusieurs pastilles (31, 32), en un matériau de type varistance, tel que l'oxyde de zinc, deux ferrures d'extrémités (23, 24), des moyens (38, 39) pour assurer la liaison électrique entre les deux ferrures et une enveloppe (40) formée d'un enroulement filamentaire en fibres de verre imprégnées de résine, l'ensemble étant muni d'un revêtement à ailettes (50) en élastomère injecté.
2/ Isolateur de ligne à courant alternatif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enveloppe (40) est telle que lesdites fibres ne recouvrent pas la totalité de la surface latérale de l'empilement formé par ladite varistance (31) et lesdites ferrures (23, 24), mais laisse libre des zones alvéolaires (42) contenant de la résine.
3/ Isolateur de ligne à courant alternatif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'angle du bobinage dudit enroulement filamentaire par rapport à l'axe (35) dudit dispositif de coupure de courant de suite est compris entre 30° et 60°.
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