Brevet FR2142598A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un court-circuiteur pyrotechnique et plus particulièrement un dispositif pour effectuer une mise à la terre ultra-rapide d'un conducteur électrique sous tension par des moyens pyrotechniques. L'invention va être décrite dans la suite dans son application particulière à la misea/la terre d'une phase d'un réseau triphasé de distribution d'électricité mais il va de soi que le dispositif selon l'invention est utilisable partout ou l'on doit établir un court-circuit ultra-rapide entre deux éléments conducteurs de l'électricité présentant des potentiels différents et quelle que soit la nature du diélectrique les séparant. L'application particulière décrite ici concerne la protection des transformateurs abaisseurs de tension des postes de transformation H2/XT ou MT/T. I1 s'agit en l'occurence de déclencher le disjoncteur placé en aval du transformateur sur l'alimentation HT ou MU le plus rapidement possible en cas de défauts survenant dans les enroulements secondaires du transformateur. On sait en effet que des défauts (court-circuits par exemple) dans le secondaire du transformateur se répercutent sur le primaire (côté HT ou MU) mais que le courant qui s'établit dans le primaire est insuffisant pour déclencher le disjoncteur situé en amont du transformateur. Par contre le courant du secondaire est beaucoup plus intense et risque d'endommager le transformateur. C'est pourquoi habituellement on prévoit en amont du transformateur la mise à la terre ultra-rapide d'un des conducteurs de phase de manière à provoquer le déclenchement dudit disjoncteur. A cet effet on utilise généralement un dispositif mécanique tel qu'un couteau actionné par ressort sous la commande d'un relais de détection de défauts du transformateur à protéger. La mise à la terre s'effectue par contact direct du conducteur de phase avec le couteau lui-même relié à la terre, un mécanisme étant prévu pour réarmer le dispositif c'est-à-dire éloigner le couteau du conducteur de phase et remettre le système à ressort en état de fonctionner. Le courant susceptible de passer dans le couteau est évidemment très intense et il risque de se produire une soudure du couteau sur la pièce sous tension. De plus ce dispositif possède une certaine inertie qui fait que la mise en court-circuit est loin d'être instantanée. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients en réa- lisant un dispositif d'une réponse extrêmement rapide, d'une grande streté tout en étant d'une grande simplicité et absolument insensible aux fortes intensités des courants de court-circuit. A cet effet l'invention a pour objet un court-circuiteur pyrotechnique caractérisé en ce qu'il comprend une première électrode reliée à un conducteur porté à un premier potentiel, une seconde électrode reliée à un conducteur séparé de l'autre conducteur par un diélectrique et porté à un second potentiel différent du premier au moins un canon pyrotechnique portant une charge explosive ou combustible et disposé de manière à établir une liaison conductrice momentanée entre les deux électrodes susdites par l'intermédiaire d'au moins un Jet mince et rectiligne de particules ionisées ou conductrices et des moyens de commande du déclenchement du ou des jets. L'établissement très bref du ou des jets de particules fortement ionisées ou conductrices suffit pour réaliser une liaison inter-électrodes entratnant l'apparition entre les électrodes d'un arc de court-circuit qui cesse en même temps que le ou les jets. Par canon on entend un projeeteur-de particules ionisées ou conductrices suivant un jet de préférence mince et rectiligne. Ce canon peut comprendre un corps de logement d'une composi ton pyrotechnique et de guidage du jet de particules, une amorce, une charge et des moyens électriques ou mécaniques pour déclencher l'amorce. Dans le cas évoqué plus haut de la protection d'un transformateur, l'une des électrodes est à la terre et ladite amorce est une amorce électrique reliée électriquement à un relais de détection de défaut du transformateur. D'une façon générale on peut prévoir un seul canon fixé sur l'une des deux électrodes et orienté vers l'autre électrode, ou bien deux canons montés teAtebeAche dans l'intervalle inter-électriodes, sur un support isolé des électrodes, et orientés chacun vers l'une des électrodes. On établit ainsi dans ce dernier cas deux jets ionisés sensiblement en série, établis simultanément ou avec un certain décalage. Dans tous les cas, la durée d'ionisaton est soigneusement déterminée afin d'éviter toute possibilité d'interruption de l'arc de court-circuit ou passage par zéro de la tension alternative. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation du court-circuiteur suivant l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels Fig. 1 représente une vue schématique d'un court-circuiteur suivant l'invention utilisé pour la mise à la terre d'une phase d'un réseau de distribution d'électricité,et Fig. 2 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de la figure 1. Sur la figure 1 on a représenté une colonne isolante verticale 1 aux deux extrémités de laquelle sont fixées deux plaques conductrices ou électrodes 2 et 3. La plaque inférieure 2 est reliée par une connexion 4 à la terre et la plaque supérieure 3 est reliée par une connexion 5 à une barre omnibus (non représentée) d'un réseau de distribution triphasé sous haute tension, par exem-ple. Les plaques conductrices 2 et 3 comportent deux extrémités en regard 2a et 3a situées à une certaine distance de l'axe de la colonne isolante 1 et à l'opposé des connexions respectives 4 et 5 par rapport 9 la colonne 1. Sur la face supérieure de ltextr-émi- té 2a de la plaque 2 est fixé un canon pyrotechnique 6 désigné par la référence générale 6 dont l'axe est dirigé sensiblement parallèlement à l'axe de la colonne 1 et coupe l'extrémité 3a de la plaque 3. Le canon 6 ne sera pas par conséquent décrit en détail. Brib- vement, un tel canon comporte un corps qui sert à l'assemblage, au maintien et à la protection des éléments du canon, ainsi qu'au guidage de la projection des particules ionisées ou conductrices de l'électricité, une amorce et une charge dont le fonctionnement commandé par l'amorce provoque ladite projection de particules. La mise à feu de l'amorce s'effectue par des moyens mécaniques (percussion), ou de préférence électriques (impulsion électrique dans un filament interne de l'amorce) ces moyens étant décrits plus en détails dans ledit brevet français et n'étant pas représentés sur les dessins. Les moyens de mise à feu (électriques dans le cas présent) de l'amorce sont reliés à un relais électromagnétique 7 de détection de défaut associé au transformateur à protéger contre les surintensités, l'ensemble représenté sur la figure 1 étant installé )dans un poste abaisseur de tension dudit réseau triphasé. Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le sul- vant. Lorsque le relais 7 détecte un défaut sur le transformateur, une impulsion électrique est envoyée sur l'amorce électrique du canon 6. Dans le cas d'un canon 6 comportant une amorce-détonateur et une charge explosive, la mise à feu de l'amorce provoque sion sous forme d'un jet mince et parfaitement dirigé des produits de détonation de l'explosif choisi ad hoc, suivant une trajectoire, rectiligne verticale symbolisée par la référence 8. Cette trajectoire 8 rencontre la plaque supérieure 3 dans la zone 3a. Les particules ionisées ou conductrices de cette projection établissent entre les deux plaques 2 et 3 un chemin momentanément conducteur grâce auquel s'effectue la mise à la terre durant un intervalle de temps très bref de la barre omnibus connectée à la plaque 3. Dans le cas d'un canon 6 comportant une amorce-inflannateur et une charge de propergol, la mise à feu de l'amorce provoque la combustion du propergol et l'établissement d'un jet de particules ionisées ou conductrices analogue au jet décrit plus haut. Les caractéristiques des amorces, tant à percussion qu'électriques, celles des explosifs et celles des propergols capables de provoquer une ionisation suffisante sont déjà bien connues et ne sont donc pas explicitées. Les quantités d-'explosifs et/ou de propergols à mettre en oeuvre dépendent, de l'intervalle entre les plaques 2 et 3 et de la durée d'ionisation nécessaire pour le maintien de l'arc. Dans un cas typique, on utilise un gramme dtexplosif tel que la penthrite comprimée à la densité de 1,6 grammScm3 par intervalle de 30 cm entre les plaques 2 et 3. Le délai entre, d'une part, la commutation de la source de mise à feu sur l'amorce et d'autre part le début de l'ionisation dans l'intervalle entre'lesdites plaques est de 1 milli-seconde pour une distance de projection de 20 cm. La durée d'ionisation est soigneusement déterminée afin d'éviter toute possibilité d'interruption de l'arc au passage à zéro de la tension d'un courant alternatif. Les quantités d'explosif et/ou de propergols utilisées ne sont pas suffisantes pour provoquer des dégâts dans les électro des ou la structure du court-circuiteur. Par conséquent la remise en service après une utilisation exige seulement le désarmement de la mise à feu, le remplacement, soit de la totalité du canon, soit seulement de la part-ie pyrotechnique, et le contrôle et le réarmement de la mise à feu. Selon l'invention, un avantage extrEmement intéressant du dispositif est le court-circuit établi seulement durant un intervalle de temps bref, suffisant pour provoquer le fonctionnement du disjoncteur en amont du transformateur, après quoi, toute liaison conductrice entre la haute tension et la terre est automatiquement supprimée par extinction de luimAeme du jet de particules, ionisées ou conductrices. Dans le dispositif de la figure 1 on peut, par mesure de sécurité monter deux canons 6 identiques en parallèle et tournés tous les deux vers le plaque supérieure 3. On pourrait également monter le ou les canons jumelés 6 sur la face inférieure de la plaque 3, en direction de la plaque 2. Cette solution présente moins d'intérêt du fait que le ou les canons sont alors sous tension ce qui impose de soigner l'isolement des canons vis-à-vis du relais de déclenchement 7 et de vérifier que le réseau, n'est plus sous tension avent de réarmer les canons. Dans le cas d'intervalle entre les plaques 2 et 3 on peut diviser cet intervalle en deux comme représenté sur la figure 2. Dans le dispositif représenté sur la figure 2 la colonne isolante 1 comporte une plaque support centrale conductrice 9 disposée en regard des plaques 2 et 3. La plaque centrale 9 porte à son extrémité en regard des extrémités correspondantes 2a et 5a des dites plaques 2 et 3, et sur chacune de ses faces un canon 6 (ou plusieurs en parallèle) et dirigés ltun (ou les uns) vers la plaque supérieure 3 et l'autre (ou les autres) vers la plaque inférieure 2. Ces canons 6 sont bien entendu également reliés au relais 7. Le fonctionnement de ce dispositif est identique à celui du dispositif de la figure 1, la différence résidant dans le fait que le jet ionisé unique 8 de la figure 1 est remplacé par deux jets ionisés 8' et 8" en série. Lorsqu'on prévoit plusieurs canons pyrotechniques dans un meme court-circuiteur, ceux-ci sont avantageusement mis à feu simultanément, mais on peut également procéder à leur mise à feu, avec un certain décalage dans le temps. L'intervalle entre les plaques ou électrodes 2 et 3 du courtcircuiteur peut être évidemment divisé en un nombre quelconque d'intervalles élémentaires en disposant les canons en conséquence. En outre, les jets de particules ionisées ou conductrices sont de préférence établis à l'opposé par rapport à la colonne isolante 1 des connexions des plaques 2 et 3 à la terre et à la haute tension respectivement, afin que les arcs de court-circuits qui apparaissent sur la trajectoire de ces jets soient repoussées vers l'extérieur du court-circuiteur par les forces électro-dynamiques, ceci afin d'éviter l'endommagement du court-circuiteur. Toutefois, afin d'éviter à l'arc un développement excessif on peut prévoir dans certains cas ou dans tous les cas l'emploi d'électrodes appropriées et disposées au voisinage immédiat de la trajectoire prévue. Ces électrodes pourraient être fixées le long de la colonne isolante 1. Dans le cas présent le diélectrique est l'air mais les électrodes du court-circuiteur peuvent bien entendu être plongées dans un diélectrique quelconque gazeux, liquide ou même solide. D'une façon générale, les électrodes du court-circuiteur peuvent être reliées à deux points entre lesquels existeune différence de potentiel élevée, et entre lesquels on veut établir pendant un bref temps, pour une raison ou pour une autre, une liaison de court-circuit. revendications 1. Court-circuiteur pyrotechnique caractérisé en ce qu'il comprend une première électrode reliée à un conducteur porté à un premier potentiel, une seconde électrode reliée à un conducteur séparé, de l'autre conducteur par un diélectrique et porté à un second potentiel différent du premier, au moins un canon pyrotechnique portant une charge explosive ou combustible et disposé de manière à établir une liaison conductrice momentanée entre les deux électrodes susdites par l'intermédiaire d'au moins un jet mince et rectiligne de particules ionisées ou conductrices et des moyens de commande du déclenchement du ou des Jets. 2. Court-circuiteur suivant la revendication 1, caractéri sé en ce que les moyens de commande du canon sont constitués par une amorce électrique. 3. Court-circuiteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande du canon sont constitués par un percuteur. 4. Court-circuiteur suivant 1 'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canon fixé sur l'une des électrodes et orienté vers l'autre électrode. 5. Court-circuiteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte deux canons montés tête-bêche dans l'intervalle inter-électrodes, sur un support isolé électriquement de celles-ci et orientés chacun vers l'une des électrodes, les moyens de commande les deux canons agisEant simultanément ou avec un certain décalage. 6. Court-circuiteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'une des électrodes est reliée à la terre et l'autre est reliée a' un conducteur de phase d'une ligne polyphasée d'alimentation d'un transformateur de tension et en ce que le ou les canons sont commandés par un relais de détection de défaut du transformateur.