Brevet FR2080534A1 — publié le 19711119

Les phénomènes de décharge, qui se produisent dans un équipement à haute tension par suite de défectuosités sont l'une des causes principales de pannes d'un tel équipement. Généralement, ces pannes s'accompagnent d'un endommagement considérable de 5 l'équipement. Pour éviter un tel endommagement, il est nécessaire de prévoir un moyen pour déceler une telle défectuosité et interrompre l'application d'énergie à l'équipement dans les quelques millisecondes qui suivent la décharge due à cette défectuosité. Il est classique de protéger un équipement à haute tension 10 par des moyens électroniques qui détectent les surcharges d'intensité et de tension côté basse tension des commandes d'alimentation en énergie. En outre, des dispositifs semi-conducteurs et des éclateurs sont utilisés pour dévier à la masse l'énergie de déchar ge le long d'un parcours préférentiel quelconque. Ces moyens de 15 protection supplémentaires sont également prévus dans la partie à basse tension de l'équipement. De tels dispositifs de protection de l'équipement ne se sont pas avérés entièrement satisfaisants. La détection d'une surcharge combinée avec des opérations de coupure de l'équipement et 20 avec des parcours de décharge d'énergie préférentiels n'agit pas avec une rapidité suffisante pour éviter 11 endomma.gement dû à la décharge. La grande capacité et la forte résistance interne de circuits haute tension types déterminent des retards relativement grands entre l'apparition d'une anomalie ou d'une défectuosité et 25 le fonctionnement de dispositifs de protection du type décrit ci-dessus. Il en est ainsi tout particulièrement si les éléments du montage de protection sont disposés du côté basse tension de l'entrée d'énergie, car des défectuosités dangereuses sont souvent sus ceptibles de se produire dans les parties à haute tension du monta 30 ge. L'invention tire avantage du fait qu'au moins simultanément à l'apparition d'une défectuosité dans l'équipement ; un signal in dicateur de cette défectuosité peut être détecté dans un câble de transmission à haute tension alimentant des dispositifs con^cmma-35 teurs d'énergie électrique à partir d'une source à haute tension telle qu'un transformateur. L'invention a, notamment, pour objet de tirer avantage de cette possibilité et de créer un appareil capable de détecter ce signal et de l'utiliser pour actionner un dispositif de coupure d'alimentation rapide, protégeant ainsi l'équipement à haute tension contre les effets destructeurs des dé 40 71 05055 2. 2080534 charges. Un appareil construit suivant l'invention est capable de protéger un équipement électrique à haute tension contré les effets destructeurs d'une décharge électrique brusque et est utilisé avec un équipement électrique comprenant un circuit d'alimentation à haute tension comportant un redresseur à haute tension et un câble de transmission de courant continu à haute tension interconnectant le circuit d'alimentation avec des dispositifs consommateurs d'énergie. Le câble de transmission comporte une âme conductrice et un blindage coaxial mis à la masse entourant l'âme et espacé de celle-ci. L'appareil suivant l'invention comprend un- tronçon du blindage isolé du reste de celui-ci qui, comme précédemment décrit, est à la masse. Un disjoncteur à coupure rapide est connecté au circuit d'alimentation à haute tension et peut être déclenché pour interrompre l'application d'énergie électrique à l'équipement électrique. Un circuit de contrôle de tension d'alimentation interconnecte électriquement le tronçon de blindage isolé et le disjoncteur. Ce montage comprend un moyen détecteur capable, en réponse à une impulsion de tension d'amplitude prédéterminée, d'actionner le disjoncteur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple : la Fig. 1 est une vue en coupe transversale d'un câble de transmission de courant continu à haute tension de type usuel incorporé à l'équipement électrique que l'appareil suivant l'invention est destiné à protéger ; la Fig. 2 est un schéma électrique de l'appareil suivant l'invention, et la Fig. 3 est une vue en perspective de la partie de la Fig. 2 qui est représentée schématiquement dans le cercle 3. On va maintenant décrire ces dessins et tout d'abord leur Fig. 1 où la référence 10 désigne dans son ensemble un câble de transmission à haute tension de fabrication classique utilisé pour faire passer un courant continu entre des points entre lesquels régnent des différences de potentiel extrêmement grandes. Le câble de transmission 10 comprend une âme conductrice 12 entourée d'une gaine cylindrique de matériau électriquement isolant 14 tel que du polyéthylène. La gaine isolante 14 est, à son tour, entourée d'un blindage cylindrique 16. Le blindage 16 est en fil conducteur 71 05055 2080534 tressé et est coaxial à l'âme 12 du câble. La couche extérieure du câble est constituée par une enveloppe épaisse 18 qui peut être en papier ou autre matériau protecteur approprié. On va maintenant examiner la Fig. 2 sur laquelle on peut 5 voir que le câble de transmission 10, tel qu'il a été décrit ci-dessus, est utilisé pour interconnecter un dispositif consommateur d'énergie 20 avec un redresseur à haute tension 22. Celui-ci fait partie du circuit d'alimentation à haute tension de l'équipement. Le redresseur 22 est connecté à l'enroulement à haute tension 24 10 d'un transformateur 26. L'enroulement à basse tension 28 est connecté à une source convenable d'énergie électrique 3 0 qui peut être un alternateur, comme représenté, ou le secteur. Un disjoncteur à coupure rapide 32 est monté entre la source d'alimentation 30 et l'enroulement à basse tension 28. On comprendra aisément que la 15 tension du courant alternatif fourni par la source d'alimentation 30 est élevée par le transformateur 26 et redressée en courant continu à haute tension par le redresseur 22. Ce courant continu est alors transmis par le câble de transmission à haute tension 10 au dispositif consommateur d'énergie 20. Une défectuosité se produi-20 sant dans ce dispositif, le câble de transmission 10 , ou le redresseur à haute tension 22, pourrait aisément provoquer une décharge susceptible d'endommager gravement cet équipement à haute tension. L'appareil suivant l'invention, destiné à protéger l'équipement à haute tension contre de tels incidents, est clairement re-25 présenté sur les Fig. 2 et 3. On peut voir que sur une partie de la longueur du câble de transmission 10, la tresse de fil métallique formant le blindage 16 est découpée en deux emplacements espacés 3 4 et 36. Un tronçon 38 de la tresse de blindage de l'âme est ainsi isolé physiquement et électriquement du reste du blindage qui, 30 bien entendu, est mis à la masse. Le tronçon isolé 38 du blindage coopère avec l'âme conductrice du câble de transmission 10 pour former un condensateur. En fonctionnement normal de l'équipenent à haute tension, l'âme conductrice 12, est à un potentiel négatif élevé. On a remarqué que, lors 35 d'une décharge inopinée et indésirable due à une défectuosité de l'équipement, le potentiel de l'âme 12 du câble de transmission se rapproche du potentiel de la masse et provoque une décharge du condensateur formé par l'âme 12 et le tronçon de blindage 38. Cette décharge engendre un signal qui est détecté par l'appareil de pro-40 tection suivant l'invention. 71 05055 4. 2080534 Le tronçon isolé 38 du blindage de l'âme est interconnecté par un fil conducteur 40 avec un éclateur 42 mis à la masse par un fil 44. Le fil 40 est lui-même connecté par un fil 46' au curseur 48 d'un po_tentiomètre 50. L'un des côtés de la résistance 50 5 est mis à la masse par le fil 52 et son autre côté est relié par le fil 54 à un tube au néon 56. La borne du tube au néon 56 qui n'est pas reliée à la résistance variable 50 est connectée par un fil 58 à une diode 60 (Fig. 2) mise à la masse par le fil 62. Un fil conducteur 64 inter-1° connecte la masse avec une diode 66 reliée à un fil 67 par un autre fil 68. Comme on peut le voir aisément, alors que la diode 60 permet seulement le passage d'un courant vers la masse, la diode 64 ne permet le passage d'un courant qu'à partir de la masse. Le fil conducteur 67 interconnecte les deux fils 58 et 68 avec un détecteur de signal 70 qui sert également pour déclencher le disjoncteur à grande vitesse 32. Ce dispositif peut être aisément construit par tout technicien moyen. Par exemple, un détecteur convenable pour déclencher un disjoncteur à coupure rapide pourrait être constitué par un thyristor convenablement protégé par 20 un condensateur contre les impulsions à haute tension. Le détecteur 70 est connecté par un fil 72 au disjoncteur à coupure rapide 32 incorporé au circuit d'alimentation, comme décrit ci-dessus. Le fonctionnement de l'appareil qui vient d'être décrit est le suivant. Comme précédemment décrit, le tronçon isolé 38 du blin-25 dage coopère avec l'âme 12 pour former un condensateur qui se décharge pour absorber toute décharge inopinée se produisant dans l'équipement à haute tension. Dans le cas où la décharge de ce condensateur est très forte, l'éclateur 42 dérive le signal de décharge à la masse, par l'intermédiaire du fil 44- Dans tous les cas, lorsqu'une anomalie à haute tension se produit, le condensateur du tronçon de blindage de câble isolé 38 est déchargé et produit une impulsion positive aux bornes de la résistance 50. On peut ajuster la valeur ohmique de la résistance 5 0 en déplaçant le curseur 48 de manière à régler la sensibilité 35 du dispositif détecteur de signal. Lorsqu'une impulsion positive d'amplitude suffisante est engendrée aux bornes de la résistance 50, elle provoque l'allumage du tube au néon 56. Celui-ci se comporte comme un dispositif à seuil. La diode 60 limite le niveau de la tension dans le fil con-ducteur 67 à un faible potentiel assurant un fonctionnement satis 71 05055 2080534 faisant du détecteur 70. La diode 66 dérive les tensions négatives élevées crées par effet de persistance dans le circuit à haute tension au cours d'une décharge. La faible tension, présente sur le fil conducteur 67, est détectée par le détecteur 70 qui, lorsqu'il 5 détecte le signal, déclenche le disjoncteur à coupure rapide 32. Le disjoncteur 32, en se déclenchant, coupe le circuit d'alimentation, ce qui isole l'équipement à haute tension en évitant, de ce fait, tout endommagement de cet équipement par la décharge. De nombreux disjoncteurs à coupure rapide classiques disponibles dans 10 le commerce peuvent être utilisés de manière satisfaisante. D'après ce qui précède, on voit que l'invention permet de créer un appareil capable de protéger un équipement à haute tension contre les effets destructeurs des décharges. Cette protection est rendue possible par le fait qu'au moins simultanément à une 15 décharge due à une défectuosité dans l'équipement à haute tension, l'énergie peut être dissipée par couplage capacitif partir de l'équipement à haute tension et être détectée pour provoquer le déclenchement d'un disjoncteur à coupure rapide incorporé dans le circuit d'alimentation fournissant l'énergie à l'équipement. 71 05055 2080534 REVENDICATIONS 1 - Appareil de protection d'un équipement électrique à haute tension contre les effets destructeurs d'une décharge électrique brusque, ledit équipement comprenant un circuit d'alimentation à haute tension et un câble de transmission à haute-tension interconnectant ce circuit d'alimentation avec un ou plusieurs dispositifs consommateurs d'énergie, ce câble comportant une âme conductrice et un blindage coaxial à une première partie de cette âme et entourant celle-ci avec un espacement, tandis qu'une seconde partie de ladite âme est non blindée, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un élément.électriquement conducteur disposé à proximité de ladite seconde partie de l'âme, de manière à former avec celle-ci un condensateur, ledit élément conducteur étant électriquement connecté à un moyen détecteur de signal et excitateur de disjoncteur à coupure rapide capable de détecter un signal et d'être actionné en réponse à une décharge dudit condensateur et un dispositif disjoncteur à coupure rapide incorporé au circuit d'alimentation à haute tension et interconnecté avec ledit moyen détecteur de signal et excitateur de disjoncteur à coupure rapide, le dispositif disjoncteur étant rendu capable de couper le circuit d'alimentation à haute tension en réponse à l'excitation dudit moyen détecteur de signal et excitateur de disjoncteur à coupure rapide. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une résistance électrique électriquement connectée entre l'élément conducteur et le moyen détecteur de signal et excitateur de disjoncteur à coupure rapide, ce dernier moyen détectant une impulsion de tension aux bornes de ladite résistance lors d'une décharge dudit condensateur. 3 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément conducteur est constitué par un tronçon du blindage de l'âme et isolé du reste de celui-ci. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le blindage de l'âme est formé de fil métallique tressé. 5 - Appareil de protection d'un équipement électrique à haute tension contre les effets destructeurs d'une décharge électrique brusque, ledit équipement comprenant un circuit d'alimentation à haute tension comportant un redresseur à haute tension et un câble de transmission de courant continu à haute tension interconnectant 71 05055 2080534 ledit circuit d'alimentation avec un ou plusieurs dispositifs consommateurs d'énergie, ledit câble comportant une âme conductrice et un blindage mis à la masse, coaxial à ladite âme et entourant celle-ci avec un espacement, ledit appareil étant caractérisé en 5 ce qu'il comprend un tronçon dudit blindage isolé de la partie restante mise à la masse de celui-ci, un disjoncteur à coupure rapide incorporé au circuit d'alimentation à haute tension et capable d'être déclenché pour interrompre l'application d'énergie audit équipement électrique et un dispositif de contrôle de tension interconnectant électriquement le tronçon de blindage isolé et le disjoncteur et comprenant des moyens de détection d'une impulsion de tension d'une amplitude prédéterminée dans ledit dispositif de contrôle de tension d'alimentation et des moyens de commande de déclenchement du disjoncteur en réponse à la détection de ladite impulsion de tension. 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif de contrôle de tension d'alimentation comprend, en outre, une résistance électrique électriquement connectée entre le tronçon de blindage isolé et le moyen de détection, celui-ci 20 étant capable de détecter une impulsion de tension apparaissant aux bornes de ladite résistance. 7 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le blindage de l'âme est constitué par une gaine cylindrique en fil métallique tressé. 25 8 - Appareil de protection d'un équipement électrique à hau te tension contre les effets destructeurs d'une décharge brusque, ledit équipement comprenant un dispositif consommateur d'énergie, un câble de transmission à haute tension électriquement connecté à ce dispositif consommateur d'énergie et un premier montage ëlec- ^0 triquement connecté à ce câble et lui appliquant de l'énergie électrique à haute tension, ledit câble comportant une âme conductrice et un blindage entourant cette âme et espacé de celle-ci, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon dudit blindage isolé physiquement et électriquement du reste de celui-ci, un disjoncteur à coupure rapide incorporé au circuit d'alimentation à haute tension et un second montage interconnectant électriquement ledit tronçon de blindage isolé et ledit disjoncteur et comprenant un moyen détecteur capable de détecter une décharge électrique à partir du tronçon de blindage isolé et déclenchant le disjoncteur lors d'une détection de cette décharge pour interrom 71 05055 8. 2080534 pre l'application d'énergie électrique auditcâble. 9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le blindage du câble est coaxial à son âme et est formé de fil métallique tressé. 10 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le second montage comprend une résistance électrique connectée entre le tronçon de blindage isolé et le moyen détecteur, la décharge provoquant l'apparition d'une impulsion de tension aux bornes de ladite résistance.