Brevet FR2367402A1 — publié le 19780505

La présente invention concerne les dispositifs de protection des lignes électrifiées et, plus particulièrement des clôtures électrifiées installées en plein air et destinées à la protection de sites. Pour protéger contre des intrusions certains sites,- par exemple des centrales nucléaires, des aires de stockages de matériaux, d'explosifs, de produits pétroliers, etc., il est connu de les entourer de clôtures électrifiées qui sont reliées à des appareils électroniques destinés à mesurer les variations des paramètres électriques des lignes aériennes de ces clôtures. La mesure des paramètres électriques de ces lignes, à savoir leur isolement, leur capacité, leur résistance et leur impédance, permet de détecter le franchissement des lignes par des éléments incontrôlés. Ces clôtures électrifiées étant installées en plein air, elles sont, comme toute ligne électrique, sujettes aux influences de phénomènes électriques, et en particulier aux coups de foudre dont les effets sont incompatibles avec les appareils électroniques sensibles précités. Pour protéger ces appareils électroniques, il est connu d'utiliser des diodes anti-surtension (diodes zéner) ou des résistances variables en fonction de la tension (varistance) pour la protection fine ou de faible puissance, ainsi qu'un élément de puissance supérieure pour proteger l'étage de protection fine, par exemple, un tube éclateur ou un fusible haute tension.Cependant, si les tubes éclateurs présentent une réponse, à savoir un temps de mise en court-circuit, suffisamment rapide, leur puissance est très limitée et ils ne peuvent généralement pas accepter plus de 50 ampères pendant quelques milli-secondes, ce qui est souvent insuffisant pour assurer la protection des dispositifs placés en aval sur la ligne. I1 est par conséquent nécessaire de protéger cet étage de moyenne puissance par un étage de puissance encore plus élevée capable d'absorber et d'écouler à la terre des énergies impulsionnelles élevées pouvant engendrer des courants de l'ordre de 10.000 ampères et plus. I1 est déjà connu d'utiliser pour la protection des lignes aériennes de transport d'énergie électrique des parafoudres à corne. Cependant, ces parafoudres présentent l'inconvénient d'avoir une tension d'amorçage imprécise qui peut varier dans le temps dans des proportions importantes. Si une telle imprécision est acceptable pour des lignes de transport d' énergie électrique, elle ne l'est pas dans le cas de lignes électriques équipées de dispositifs électroniques sensibles qui risquent d'être détruits si la tension d'amorçage du parafoudre est trop élevée par rapport à la tension de fonctionnement de la ligne. Par conséquent, le but de l'invention est de fournir un dispositif de protection de très grande puissance et à réponse rapide pour ligne électrique, dont le point de fonctionnement puisse être réglé de façon-très précise et varie très peu dans le temps, et capable en un temps très court, quelques micro -secondes, d'évacuer vers la terre des énergies très importantes. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection de grande puissance pour ligne ou clôture électrifiée à au moins un conducteur aérien, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend au moins un éclateur à sphères comportant une première sphère connectée audit conducteur et une seconde sphère connectée à la terre. Suivant une caractéristique de l'invention, le diamètre des sphères est identique et au moins égal à cinq fois la distance qui les sépare. Suivant une autre caractéristique de l'invention, ledit éclateur est logé dans un boîtier fermé. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, lesdites sphères sont montées sur des supports respectifs et sont disposées à une distance des parois du boîtier au moins égale à cinq fois le rayon desdites sphères. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et sur lequel - la Fig. 1 est une vue en coupe et en élévation d'un dispositif suivant l'invention pour la protection d'une clôture électrifiée à deux conducteurs aériens, et - la Fig. 2 estun shéma électrique d'une clôture électrifiée à un conducteur équipée d'un dispositif de protection de puissance suivant l'invention. En se reportant à la Fig. 1, on voit un dispositif de protection 1 suivant l'invention comportant deux éclateurs 2, 3 à sphères destinés respectivement à la protection de deux conducteurs (non représentés > d'une clôture électrifiée. Ces deux éclateurs sont enfermés dans un boîtier fermé 4 de façon qu'il ne puisse pas se produire sur celui-ci d'accumulation de charges électrostatiques importantes. L'une des sphères 2a, 3a de chaque éclateur est supportée par une large et épaisse plaque 5 électriquement conductrice qui est soudée à un boulon 6 de fort diamètre entouré d'un manchon isolant 7 et traversant une paroi du boitier 4. L'extrémité libre de ce boulon fait saillie hors du manchon isolant 7 à l'extérieur du boîtier 4 et est raccordez à un conducteur (non représenté) de mise à la terre. L'autre sphère 2b, 3b de chaque éclateur est solidaire d'une forte tige conductrice 8 fixée à un corps isolant 9 lui-meme fixé sur une seconde plaque 10 analogue à la première.Cette seconde plaque 10 est fixée, soit directement au boitier 4 si celui-ci est en un matériau isolant, soit, comme représenté en traits- mixtes, -raccordée électriquement à la terre par un boulon 6 et un manchon isolant 7 de la même façon que la plaque 5 si le boîtier 4 est en un matériau conducteur de 1' électricité. Dans ce dernier cas, la plaque 10 doit, comme la plaque 5, ne présenter aucun contact avec les parois du boîtier 4. Les corps isolants 9 doivent être réalisés en un matériau de très grande résistance et rigidité diélectrique, par exemple en tétrafluoro-éthylène, pour éviter les distorsions de champs qui pourraient se produire dans l'espace qui entoure chaque sphère si une fuite importante traversait ce corps isolant. Chaque sphère 2b, 3b est réunie à son conducteur aérien respectif par un conducteur de liaison 11 connecté à la tige conductrice 8 correspondante au voisinage du corps isolant 9, à une distance de la sphère 2b, 3b au moins égale à une fois son diamètre. Le trajet de ce conducteur doit être tel que, hormis dans sa partie d'extrémité par laquelle il est fixé à la tige 8, il ne s'approche jamais de la sphère 2b, 3b d'une distance inférieure à -5 diamètres. Par ailleurs, pour obtenir de bonnes tolérances sur la tension d'éclatement de chacun des éclateurs 2, 3, le diamètre D des sphères doit être élevé par rapport à la distance e qui les sépare, de préférence au moins égal à 5 fois cette distance e. En outre, les parois du boîtier 4 doivent être écartées des sphères d'une distance minimale d, de préférence egale à au moins 2,5 diamètres de sphère. Enfin, le boîtier doit présenter un grand volume, par exemple de 10 litres. Le respect de l'ensemble de ces conditions permet d' obtenir une très grande stabilité de fonctionnement de chaque éclateur 2,3, c'est-à-dire que sa tension d'amorçage reste pratiquement stable, ses variations ne dépassant pas plus ou moins 5 % environ, quelles que soient les variations de température, de pression et d'hygrométrie de l'atmosphère. A titre d'exemple, pour un conducteur aérien ayant une tension de travail de 5KV, on peut utiliser un éclateur suivant l'invention réglé à 8 KV, ce qui représente un coefficient de 1,5, valeur remarquablement faible pour un parafoudre de grande puissance. Pour un éclateur de ce type, le diamètre des sphères peut être de 20 mm et leur écartement de 2 mm environ. Dans l'exemple décrit ci-dessus en regard de la Fig.l, le dispositif comporte deux éclateurs associés respectivement à deux conducteurs aériens. Bien entendu, le dispositif peut comporter autant d'éclateurs que de conducteurs aériens, ou il peut être prévu plusieurs dispositifs si le nombre de conducteurs aériens est trop important. En variante, on peut prévoir de monter un éclateur entre deux conducteurs aériens, 1'untdes sphères étant connectée à l'un des conducteurs aériens par conducteur de liaison 11 et l'autre sphère étant connectée à l'autre conducteur aérien par le boulon de connexion 6 solidaire de la plaque 5. On se reportera maintenant à la Fig. 2 qui montre un exemple d'application d'un dispositif à un seul éclateur suivant l'invention à une clôture électrifiée 12 à un seul conducteur 13. Ce conducteur 13 est alimenté à partir d'un transformateur haute tension 14 et est connecté à un ensemble 15 d'appareils électroniques destinés à mesurer les paramètres précités de la ligne. Cet ensemble 15 est protégé par un premier étage 16 de protection de faible puissance constitué par une diode zéner connectée entre le conducteur 13 et la terre, derrière deux résistances 17, 18 de limitation montées en série avec le conducteur 13.Un deuxième étage 19 de puissance moyenne constitué par un tube éclateur est monté en amont du premier étage 16, entre le point commun des résistances 17, 18 et la terre Enfin, un troisième étage de puissance constitué par le dispositif l suivant l'invention est monté en amont du second étage 19, le dispositif 1 étant connecté entre le conducteur 13, en amont des résistances 17, 18,et la terre. Ces trois étages 1, 16, 19 doivent être déterminés pour que, en fonctionnement, lorsqu'il se produit par exemple un coup de foudre, la puissance résiduelle que laisse passer un étage soit inférieure à la puissance absorbable par l'étage situé immédiatement en aval. Ce r8sultat peut être facilement obtenu avec le dispositif de protection suivant l'invention, grâce à ses possihiiités de r8glage précis et à sa stabilité de fonctionnement; Ce dispositif a encore -oour avantages de présenter une réponse rapide, puisqu'vil se met en court-circuit en quel ques microsecondes, et une grande simplicité d'emploi, et d' être d'une solidité mecaniqué remarquable. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de protection de grande puissance pour ligne ou clôture électrifiée a"' au moins un conducteur aérien, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend au soins un éclateur à sphères comportant une première sphère connectée audit conducteur et une seconde sphère connectée à la terre, 2. Dispositif suivant la revendication 1, catactr1sé en ce que le diamètre des sphères est identique et au soins égal à cinq fois la distance qui les sépare. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit éclateur est iodé dans un boîtier fermé. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites sphères sont montées sur des supports respectifs et sont disposées à une distance des parois du boîtier au moins égale à cinq fois le rayon desdites sphères. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le support de la seconde sphère est constitué par une plaque conductrice sans contact avec les parois du bottier, ladite plaque étant solidaire d'un premier organe de connexion traversant une paroi du boîtier à travers un élément isolant. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le support de la première sphère comprend une tige conductrice portant ladite sphère a l'une de ses extrémités et fixée à son autre extrémité à une seconde plaque par l'intermédiaire d'un corps isolant. 7. Dispositif suivant la revendication 6,caractérisé en ce que, dans le cas ol le boîtier est en un matériau isolant, ladite seconde plaque est fixée au boîtier. 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le cas où le boîtier est en un matériau condUc- teur de l'électricité, ladite plaque est une plaque également conductrice fixée à un second organe de connexion traversant également une paroi du boîtier à travers un élément isolant et connecté à la terre. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que ladite première sphère est connectez audit conducteur aérien par un conducteur de liaison connecte à ladite tige, au voisinage du corps isolant, à une distance de ladite sphère au moins égale à une fois son diamètre. -' - 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que ledit conducteur de liaison est agencé pour que, en dehors de sa partie d'extrémité par laquelle il est fixé à la tige conductrice, il s'approche de l'une desdites sphères d'une distance toujours égale à au moins cinq fois leur diamètre. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé-en ce que, dans -le cas où ladite ligne comporte plusieurs conducteurs aériens, ledit dispositif comporte un éclateur par conducteur, les secondes sphères étant connectées en commun directement à la terre. 12. Dispositif suivant llune quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, dans le cas où la ligne comporte au moins deux conducteurs aériens, la seconde sphère est connectée à la terre par 1' intermédiaire dudit second conducteur.