Brevet FR2112123A1 — publié le 19720616

Lorsqu'une surtension se propage sous forme d'une onde mobile sur l'un des conducteurs alimentant un appareil éleetri- que, elle crée entre la borne d'entrée et la borne de sortie de cet appareil électrique, une différence de potentiel transitoire dont il est possible, conformément à la présente invention, de réduire l'amplitude nuisible et la raideur de front. En effet, la présente invention consiste à coupler électromagnétiquement une bobine d'inductance placée devant l'une des bornes de l'appareil avec une seconde bobine d'inductance placée devant l'autre borne de l'appareil, de façon que le passage de l'onde incidente dans la première bobine ait pour effet d'induire dans la seconde bobine une onde semblable et de même polarité, qui se trouve injectée en sens inverse dans l'appareil à protégera Suivant une autre caractéristique de ltinvention, le dispositif, constitué par les deux bobines couplées, est associé à d'autres dispositifs de protection. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet' de l'invention est représentée à titre d'exemple au dessin annexé. La fig. i est un schéma montrant le dispositif de protec- tion de l'invention. La fig. 2 est un schéma de fonctionnement du dispositif, montrant le sens de circulation du courant en régime normal. La fig. 3 est un schéma électrique montrant le dispositif placé à l'intérieur d'un montage de protection plus complet. La fig. 4 est un schéma partiel montrant un exemple d'emploi des dispositifs de protection dans le cas de courants triphasés. Comme le montre la fig. 1, si un appareil AP est alimenté normalement depuis une source d'alimentation S, la différence de potentiel aux bornes de l'appareil AP est cons-taate. Mais, Si une surtension d'origine externe ou interne se produit sur lecircuit d'alimentation, une onde mobile 0 se propage sur l'un des conducteurs, elle crée entre les bornes de l'appareil AP, une différence de potentiel transitoire pouvant être considérable et risquant d'endommager l'appareil. Il est possible de protéger l'appareil AP, en montant juste avant cet appareil une bobine d'inductance A, couplée électromagnétiquement avec une bobine B, montée sur le conducteur de retour. Be montage ainsi réalisé est tel que le passage de l'onde incidente 0 dans la première bobine A a pour effet d'induire dans la seconde bobine B une onde semblable et de même polarité, qui se trouve injectée en sens contraire dans l'appareil à protéger. Le sens de bobinage des deux bobines A et B est donc le même. Comme on le voit à la fig. 1, l'amplitude V0 de l'on- de incidente 0 se trouve réduite à une valeur plus faible V1, aux bornes de l'appareil à protéger. Un important avantage d'un tel dispositif est de n'introduire qu'une chute de tension très faible, puisque, pour le courant normal de service, les deux bobines A et B produisent. des flux égaux et de sens opposé qui s'annulent, la réactance de l'ensemble étant réduite à celle de fuite comme le montre le schéma de la fig. 2 dans lequel est indiqué le sens de circulation du courant de servi-ce I. L'explication du mode d'action des bobines couplées n'est donnée que dans le cas d'une onde mobile 0, se propageant sur un seul conducteur parce que cela correspond au cas le plus défavorable. En effet, dans le cas où les deux conducteurs sont parcourus par des ondes mobiles semblables, la contrainte longitudinale dans l'appareil à protéger est bien moindre. Il est évident que l'action du dispositif de l'invention ne s'exerce que pendant le temps durant lequel le courant correspondant à l'onde'de surtension n'a pas encore atteint la même amplitude dans les deux conducteurs alimentant l'appareil à protéger. Be dispositif de protection exerce donc essentiellement son action sur le front de l'onde se propageant sur l'un des conducteurs ; de ce fait, ce dispositif de protection ne constitue par un dispositif complet, mais plutôt un complément dans un ensemble de protection. Be dispositif de protection conforme à l'invention pent cependant être employé seul ou conjointement à des parafoudres, pour limiter la contrainte diélectrique longitudinale due à une onde à front raide dans un enroulement. Be dispositif conforme à l'invention peut surtout être employé dans un système de protection complexe. Il trouve notamment une place d'élection dans la protection d'appareils ou d'installations électriques comportant des composants électro niques qui,.n'ayant pas un niveau de tenue très élevé, peuvent autre détruits par les surtensions apparaissant sur leur circuit d'alimentation à haute ou basse tension. La protection classique par parafoudres est nécessaire pour réduire l'amplitude des surtensions mais elle ne permet pas d'obtenir un niveau de protection assez bas. On utilise en plus des transformateurs d'isolement qui séparent électriquement l'appareil de son circuit d'alimentation. Si l'on supprime ainsi des contraintes diélectriques par rapport à la masse on ne supprime pas pour autant la transmission des surtensions transitoires par induction électrostatique et électromagnétique entre les enroulements primaires et secondaires. - L'emploi d'un écran électrostatique entre enroulements supprime la transmission par induction électrostatique, mais demeure sans effet sur la transmission électromagnétique qui est le facteur dominant. Afin de réduire l'amplitude des surtensions transmises, il est connu de placer entre les bornes de l'enroulement secondaire d'un transformateur d'isolement, soit un condensateur seul, soit un condensateur en série ou à parallèle avec une résistance ohmique ou avec une résistance semi-conductrice, introduisant un facteur d'amortissement. Un tel dispositif, bien qdaportant un abaissement intéressant des surtensions transmises ne suffit cependant pas à obtenir un niveau de protection assez bas, ni à supprimer la pointe de tension sur le front de l'onde transmise dans le cas général d'une onde incidente à front raide. On peut remédier en partie à cet inconvénient en insérant devant le primaire du transformateur d'isolement une bobine d'inductance, mais celle-ci ne peut pas agir beaucoup sur la différence de potentiel transitoire entre l'entrée et la sortie de l'enroulement du transformateur. On obtient un résultat bien meilleur en utilisant un système de bobines couplées conforme à l'invention. En effet, à la fig. 3 on voit le schéma d'un ensemble de protection complet dont l'efficacité est considérablement accrue par l'effet des bobines couplées A et B. Dans ce schéma P représente les parafoudres limitant l'amplitude des surtensions incidentes, T est un transformateur d'isolement dont le secondaire S peut avoir son point milieu à la terre, ainsi que sa masse magnétique M, et son écran E. Un condensateur C et des résistances ohmiques ou semi-conductrices R peuvent en outre être ajoutés. Dans le cas où les bobines couplées sont employées conjointement à un transformateur d'isolement il est possible d'incorporer ces bobines couplées dans l'enroulement primaire du transformateur. Par extension, tout dispositif plus ou moins complexe de protection peut comporter deux bobines couplées suivant l'invention, afin de parfaire lå protection. 'la réalisation de bobines couplées ne présente aucune difficulté technologique, étant de pratique courante, et ces bobines sont de type tout à fait classique, ne nécessitant aucune description particulière. I1 en est de même de la constitution des bobines couplées pour circuits polyphasés, soit que l'on traite séparément chaque phase, commè montré à la fig. 4, soit que l'on réunisse en un bloc unique l'ensemble des bobines des conducteurs de phases et du conducteur neutre. L'utilisation des bobines couplées sur une alimentation à courant continu ne diffère pas du cas d'une alimentation à courant alternatif monophasé. REVEI CATI ON 1 - Elément de protection contre les surtensions, caraot8- risé en ce qu'il est constitué par deux bobines d'inductance cou plées, l'une de ces bobines A étant insérée sur l'un des conducteurs d'alimentation de l'appareil à protéger, l'autre B, étant insérée sur l'autre conducteur, le sens d'enroulement étant le même dans les deux bobines A et B, de telle manière que le passage d'une onde mobile dans l'une des bobines engendre dans l'autre bobine une onde semblable qui pénètre en sens inverse dans l'appareil à protéger, diminuant ainsi la contrainte entre les deux bornes de l'appareil à protéger. 2 - Elément de protection contre les surtensions suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif, constitué par les deux bobines couplées, est associé à d'autres dispositifs de protection. 9 - Elément de protection contre les surtensions suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bobines d'in- ductance couplées sont associées à un transformateur d'isolement et à d'autres dispositifs de protection en vue de réaliser un ensemble particulièrement adapté à la protection d'ensembles électriques comportant-des composants électroniques nécessitant un niveau de protection très bas. 4 - Elément de protection contre les surtensions suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on ajoute un ensemble de deux bobines d'inductance couplées sur chaque phase d'un réseau d'alimentation polyphasé. 5 T Elément de protection contre les surtensions suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les bobines d'inductance couplées sont incorporées dans ltenroulement primaire d'un transformateur d'isolement. 6 - Elément de protection contre les surtensions suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on emploie deux bobines d'inductance couplées pour un circuit d'alimentation en courant continu.