Brevet FR2457025A1 — publié le 19801212

Un parafoudre comporte en général en série avec des résistances, variables avec la tension, des éclateurs dans l'air ou l'azote. Ces éclateurs ont pour rôle : - de fixer la tension d'amorçage du parafoudre en particulier la tension d'amorçage sur onde de choc (onde positive ou négative) - d'interrompre le courant de suite, c'est-à-dire le courant à fréquence industrielle qui suit le trajet de l'arc ionisé par l'onde de choc. En haute tension, ces éclateurs sont multiples et constitués de modules de tension de 1000 à 5000 V, car il est difficile de répondre aux deux rôles indiqués plus haut avec un seul éclateur. Ces éclateurs multiples doivent généralement être équipés de dispositifs de répartition de la tension entre les divers modules et convenablement adaptés pour être peu influencés par l'environnement, en particulier la pluie et surtout la pollution atmosphérique sur l'enveloppe du parafoudre. Certains éclateurs se caractérisent par un grand allongement de l'arc. L'amélioration du pouvoir de coupure, ainsi obtenu, autorise une diminution de la tension d'amorçage et l'emploi de résistances variables avec la tension, plus conductrices, en fonction d'un accroissement de la tension. Mais, ces parafoudres sont compliqués et chers, car ils possèdent, entre autres, un grand nombre d'accessoires tels que bobines de soufflage magnétique ou aimants permanents, électrodes d'amorçage, électrodes de coupure, etc... De plus, l'empilement des éclateurs entraine un encombrement important, soit en hauteur si les éclateurs sont simplement empilés, soit encore en diamètre, si les éclateurs sont empilés sur plusieurs colonnes situées côte à côte. L'invention a pour but un éclateur de parafoudre de faible encombrement dont la tension maximale du module est beaucoup plus élevée que celle des éclateurs conventionnels, ou à soufflage magnétique, pouvant atteindre, par exemple, 100 kV avec un seul éclateur ou 200 kV avec un éclateur double. L'invention a pour objet un éclateur de parafoudre placé dans l'enceinte d'un gaz isolant et comprenant en série au moins un bloc de résistances, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode sphéroldale disposée à l'intérieur d'une électrode de révolution soumise lors d'un amorçage entre lesdites électrodes au champ électromagnétique engendré par le courant de suite traversant une bobine disposée en série concentriquement autour de ladite électrode de révolution. L'électrode de révolution peut être une calotte sphéroidale ou encore un corps ouvert sur ses extrémités. Les zones d'amorçage entre les électrodes, correspondant à la plus courte distance entre celles-ci, sont réalisées en matériau résistant à l'arc. Ce matériau peut être du graphite à forte densité. Selon une caractéristique, une électrode de shuntage de la bobine est disposée en regard de l'électrode de révolution et à proximité. Selon une autre caractéristique, la bobine est noyée dans un bloc isolant, et le bloc de résistance est placé dans l'enceinte de gaz isolant. Selon un mode de réalisation, l'enceinte de l'éclateur est constituée d'une part par l'enveloppe d'une installation blindée et d'autre part par un cône isolant séparant ladite enceinte de celle de l'enceinte adjacente de ladite installation. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de modes de réalisation donnés à titre d'exemple et illustrés dans les dessins. La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un parafoudre selon l'inventif La figure 2 est une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation de parafroudre selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'un parafoudre suivant l'invention. Dans la figure 1, on a représenté un parafoudre comprenant une enveloppe cylindrique isolante 1 en céramique avec des ailettes 2 pour augmenter les lignes de fuite. Des colliers 3 et 4 sont scellés sur chacune des extrémités de l'enveloppe 1, tandis qu'un fond 5 et un couvercle 6 sont fixés de manière étanche sur les colliers 3 et 4. Le fond 5 est muni d'une prise de courant 8 et le couvercle d'une prise de courant 7. L'enveloppe 1 est remplie d'un gaz isolant électro-négatif, tel que par exemple de l'hexafluorure de soufre, sous une faible pression de quelques bars. Une soupape de sécurité 9 permet l'échappement des gaz en cas de surtension accidentelle et le fond peut être muni de pattes de fixation 10. Un manchon inférieur 11 cylindrique et isolant est fixé par des moyens non représentés sur le fond. Le manchon 11 contient un bloc 12 de résistances constitué par un empilage de disques 14, métallisés à leurs extrémités, maintenu appuyé contre une plaque conductrice 13 par un ressort 15 interposé entre le fond 5 et le bloc 12. Le ressort 15 est shunté par des tresses 16 afin de contourner son impédance. Un autre manchon supérieur 21 cylindrique et isolant est fixé par des moyens non représentés sous le couvercle 6. Le manchon 21 contient de manière analogue un bloc de résistances 22 maintenu appuyé contre une plaque conductrice 23. Une bobine 30 noyée dans un bloc de matière isolante 31 est suspendue sous la plaque 23 par l'intermédiaire d'un support métallique 33 ajouré et d'un axe conducteur 32. L'entrée 34 de la bobine 30 est ainsi reliée à la plaque 33. La sortie 35 de la bobine 30 est reliée saune électrode de révolution 40 constituée par une calotte sphéroidale dont la base est disposée en regard du fond 5. La plaque conductrice 3 supporte par l'intermédiaire d'une tige 52 une électrode sphéroidale 50 disposée à l'intérieure de ltélectrode 40. Les électrodes 40 et 50 sont disposées concentriquement dans l'axe du champ de la bobine 30. Elles comportent en regard l'une de l'autre deux zones d'amorçage 41 et 51 situées au droit d'une plus courte distance entre elles. Ces zones sont constituées par un matériau résistant à l'arc, tel que du graphite à haute densité. Une électrode de shuntage 36 fixée sous le support 33 est disposée en regard de l'électrode 40 et à proximité. Les prises de courant 7 et 8 sont reliées l'une à une ligne à haute tension à protéger et l'autre à la terre. Le fonctionnement est alors le suivant. Entre les électrodes 40 et 50 règne un champ électrique homogène, mais leur écartement dans le gaz sous pression est tel qu'il nty a normalement ni amorçage, ni ionisation. Quand une surtension survient sur la ligne, la brusque élévation du potentiel sur la ligne et par suite sur l'électrode 40 provoque l'amorçage entre cette électrode et l'électrode 50, au droit des zones d'amorçage 41 et 51, c'est-à-dire à l'endroit où la distance entre les électrodes est la plus faible, et un courant de choc s'écoule à la terre à travers les disques des blocs de résistances 12 et 22. Un courant de suite, à fréquence industrielle, suit le chemin, rendu conducteur par l'ionisation dû à l'amorçage. Il est limité en amplitude par les résistances, et crée grâce à la bobine 30, un champ électromagnétique. Ce champ, qui est parallèle à l'axe de la bobine et perpendiculaire au chemin d'arc, fait tourner rapidement cet arc entre les électrodes 40 et 50. Mais l'arc s'éteint au premier passage par zéro du courant à fréquence industrielle. En effet le gaz isolant l'hexafluorure de soufre facilite considérablement la coupure de ce courant essentiellement ohmique. Si l'onde de choc est à front très raide, la bobine 30 présente une impédance trop grande et un arc prendra naissance d'une part entre 1 'élec- trode de shuntage 36 et l'électrode 40 et d'autre part, entre les électrodes 50 et 40. Après le passage du courant de choc à front très raide, l'arc s'éteint entre l'électrode de shuntage 36 et l'électrode 40. Le courant de suite à fréquence industrielle traversera alors la bobine 30 et les électrodes 40 et 50, comme il a été dit précédemment. La variante de réalisation de la figure 2 représente un parafoudre de tension nominale plus élevée, le parafoudre présentant deux éclateurs en série dans la même enveloppe isolante l'un inferieur, l'autre supérieur. L'électrode 50 de l'éclateur supérieur est fixée par la tige 52 à travers un support 60 horizontal isolant. L'éclateur inférieur, qui comporte une électrode sphéroidale 50', une électrode de révolution 40', une bobine 30' et une électrode de shuntage 36', est disposé symétriquement à ltéclateur supérieur par rapport au support 60, la bobine 30' étant noyée dans un bloc isolant 31' soutenu par le bloc de résistances inférieur 12 par l'intermédiaire d'un support ajouré 33' et d'un axe 32'. L'éclateur supérieur et l'éclateur inférieur sont enfermés dans une enveloppe cylindrique 26 isolante dans laquelle sont emboités de manière étanche les plaques 13 et 23, ainsi que les manchons isolants 11 et 21 contenant les blocs de résistance 12 et 22.L'enceinte isolante formée par l'enveloppe 26 et les plaques 13 et 23 est remplie de gaz isolant tel que l'hexafluorure de soufre, l'espace entourant les éclateurs supérieur étant en communication au travers du support 60. Le reste de l'enveloppe 1 du parafoudre y compris les manchons isolants 11 et 12, est rempli d'air sec ou d'azote, ce qui soustrait les disques 14 des résistances à l'action des produits de décomposition par l'arc du gaz isolant tel que l'hexafluorure de soufre. Le fonctionnement du parafoudre est analogue à celui du parafoudre de la figure 1. La figure 3 représente un mode de réalisation du parafoudre adaptable aux postes sous enveloppe métallique. Le parafoudre comporte deux enceintes 70 et 80 constituées par des viroles 71 et 81 et séparées par un cane isolant 74 et communiquant entre elles par des orifices 75 de ce cône. L'enceinte 70 est fermée par un fond 72 traversé de manière étanche par une tige 52 portant sur son extrémité extérieure une prise de courant 73. Elle contient un éclateur dont une électrode 40 est portée par la tige 52 et l'autre 50 supportée par un bloc isolant 31 contenant la bobine 30 et fixé sur le cône isolant 74 ainsi que l'électrode de shuntage 36 à l'aide d'une plaque métallique 76. L'enceinte 80 est fermée à son extrémité opposée à l'enceinte 70 par un cône 83 isolant et étanche qui la sépare d'une enceinte contiguë 90 formée par une virole 91. L'enceinte 80 contient un bloc de résistances 12 formé par l'empilage de disques 14. Le bloc de résistances 12 est relié d'un côté dans l'enceinte 70 par l'intermédiaire de tresses 16 à l'entrée de la bobine 30 et à l'électrode de shuntage 36. Il est relié à l'autre côté à travers le cône isolant 83 à une prise de courant 82 disposée dans l'enceinte 90 par une plaque métallique 84. Les enceintes 70 et 80 sont remplies de gaz isolant comme l'hexafluorure de soufre. Le cône 83 est capable de tenir la pression de gaz régnant dans l'enceinte 90 quand les enceintes 70 et 80 sont vides. Des tamis moléculaires peuvent être placés dans les enceintes communicantes 70 et 80 pour absorber les produits de décomposition du gaz isolant. Le fonctionnement des éclateurs est le même que celui du parafoudre de la figure 1. Un tel parafoudre présente les avantages suivants - nombre de modules réduits pour la haute et la très haute tension - nombre faible d'éclateurs - répartition de tension facilitée entre les modules - influence très faible de la pollution atmosphérique sur le comportement du parafoudre en particulier sur la tension d'amorçage - coupure d'un courant de suite important ce qui autorise une réduction du nombre de disques de résistance, un abaissement de la tension résiduelle, des tensions d'amorçage, c'est-à-dire une amélioration importante du niveau de protection conféré par le parafoudre. Il est évident que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et représenté et qui n'a été donné qu'à titre d'exemple ; en particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents, ou encore remplacer certains éléments par d'autres susceptibles d'assurer la même fonction technique ou une fonction technique équivalente. REVENDICATIONS 1/ Eclateur de parafoudre placé dans l'enceinte d'un gaz isolant et comprenant en série au moins un bloc de résistances, caractérisé en ce qu'il comporte une électrode sphéroidale (50) disposée à l'intérieur d'une électrode de révolution (40) soumise lors d'un amorçage entre lesdites électrodes au champ électromagnétique engendré par le courant de suite traversant une bobine (30) disposée en série concentriquement autour de ladite électrode de révolution. 2/ Eclateur selon la revendication 1, -caractérisé en ce que l'électrode de révolution est une calotte sphéroidale (40). 3/ Eclateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrode de révolution est un corps ouvert sur ses extrémités. 4/ Eclateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les zones d'amorçage (41, 51) entre les électrodes (40, 50), correspondant à la plus courte distance entre celles-ci, sont réalisées en matériau résistan à l'arc. 5/ Eclateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau est du graphite à forte densité. 6/ Eclateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une électrode de shuntage (36) de la bobine (30) est disposée en regard de l'électrode de révolution (40) et à proximité. 7/ Eclateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bobine (30) est noyée dans un bloc isolant (31). 8/ Eclateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bloc de résistance (12) est placé dans l'enceinte du gaz isolant. 9/ Eclateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que son enceinte est constituée d'une part par l'enveloppe (71, 81) d'une installation blindée et un cône isolant (83) séparant ladite enceinte de celle de l'enceinte adjacente (90) de ladite installation.