Brevet FR2514547A1 — publié le 19830415

La présente invention concerne un parafoudre d'équili- brage de potentiel qui est particulièrement adapté a la protection de postes de transformation de réseaux aériens de distribution électrique. De nombreux réseaux de distribution d'électricité ont particulièrement à souffrir de surtensions provoquées par la chute de la foudre sur les lignes d'alimentation à moyenne tension et sur les lignes de distribution a tasse tension alimentant les installations d'abonnés. On connut des dispositifs de protection où l'emploi de parafoudres à résistance variable, placés sur l'arrivée de la ligne à moyenne tension et reliés à la prise de terre des masses du poste de transformation (ou parfois à une prise de terre séparée) assure une protection suffisante du transformateur (coté doyenne tension) et évite des amorçages en retour sur le circuit basse tension, à condition que la résistance de la prise de terre des parafoudres moyenne tension et des masses du oste soit suffisamment faible. En fait, la condition ci-dessus n'est très souvent pas réalisée, notainnient dans les réseaux de distribution électrique des régions de montagne et ae plateaux où le sol est rocheux et de forte résistivité. Il en résulte que l'éléva- tion de potentiel de la prise de terre du poste de transformation, lors du passage du courant de décharge des parafoudres moyenne tension, est supérieure au niveau de tenue en tension des circuits basse tension du poste, et que cette élévation de potentiel passe, par amorçage sur les circuits basse tension du poste de tranformation, jusque dans les lignes basse tension et dans les installations d'abonnés. De manière analogue, la mise a la terre du neutre basse tension et des parafoudres basse tension placés sur les conducteurs de phase des lignes et éventuellement sur les branchements d'abonnés assure une protection suffisante à condition que la résistance de la prise de terre du neutre basse tension dans le poste de transformation et de la prise de terre du neutre reportée sur le premier support des lignes basse tension ait une résistance suffisamment faible. La condition précédente est, en général, zrès souvent irréalisable du fait de la forte résistivité des sols. Il en résulte que l'élévation de potentiel des conducteurs des réseaux basse tension au voisinage du poste de transformation (du fait du passage du courant de décharge lors d'un coup de foudre atteignant une ligne basse tension à proximité du poste) dépasse le niveau de tenue en tension des circuits basse tension du poste et entraine un amorçage à la masse, ce qui peut être dangereux. Il apparalt donc intéressant de disposer d'un parafoudre d'équilibrage des potentiels permettant de limiter, à une valeur non dangereuse, d'une part, l'amplitude de la surtension résultant de l'élévation du potentiel de la prise de terre du poste de transformation lors de l'amorçage des parafoudres moyenne tension et, d'autre part, la surtension due à la chute de la foudre sur une ligne basse tension, surtension atteignant le poste de transformation, que le disjoncteur basse tension soit ouvert ou fermé.Une telle disposition permet de conserver la même sécurité de protection du poste de transrormation avec une valeur de la résistance de la prise de terre des parafoudres moyenne tension et des masses du poste et une valeur de la résistance des prises de terre du neutre basse tension et des parafoudres basse tension qui soient bien plus élevées que celles pouvant être admises en l'absence d'un tel parafoudre. Le parafoudre d'équilibrage des potentiels selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des conducteurs de phases et pour le conducteur neutre basse tension, un ensemble de trois parafoudres élémentaires reliés en Y, le premier parafoudre étant réuni à l'une des bornes amont du disjoncteur basse tension du poste de transformation, le second parafoudre-étant réuni a la borne aval correspondante, les premier et second parafoudres étant réunis à un troisième parafoudre dont la borne de terre est reliée à la prise de terre des parafoudres moyenne tension et des masses du poste de transformation commune ou non avec la prise de terre des parafoudres moyenne tension. Le dispositif ci-dessus assure un couplage partiel, à travers les divers parafoudres élémentaires de la prise de terre du poste de transformation avec celle du réseau moyenne tension, dans le cas d'une surtension ayant son origine sur le réseau moyenne tension ou sur le réseau basse tension, que le disjoncteur basse tension soit ouvert ou ferme. Le couplage partiel ci-dessus assure également, par la liaison des deux premiers parafoudres élémentaires, l'équilibrage des potentiels du réseau à basse tension du circuit basse tension dans le poste de transformation et des enroulements basse tension du transformateur lorsque le disjoncteur basse tension est ouvert. 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 non limitatif, au dessin annexé La fig. 1 représente schématiquement un poste de transformation moyenne tension, basse tension, ainsi que les conducteurs rentrant et sortant du poste, les conducteurs basse tension étant munis du parafoudre d'équilibrage des potentiels conforme à la présente invention. La fig. 2 est un schéma d'une partie du parafoudre d'équilibrage. A la fig. 1, on a représenté schématiquement un poste P de transformation moyenne tension/basse tension triphae. Les masses du poste P sont reliées à la terre par une prise de terre t et on a représenté, dans le poste P, les enroulements moyenne tension T1 et basse tension T2 munis de leurs disjoncteurs respectifs C et D. Les trois conducteurs de phases et le neutre moyenne tension li, 12, I3et 1N sont reliés à leur prise de terre par des parafoudres 1, 2, 3 et N de type connu. Les trois conducteurs de phases et le neutre côté basse tension I'1, I'2, I'3 et I'N,sont reliés a la terre par quatre ensembles respectivement référencés 1', a 31 et N' dont la combinaison X constitue le parafoudre d'équilibrage des potentiels conforme à l'invention. xe parafoudre d'équilibrage X est ainsi tétrapolaire (il comporte les quatre ensembles 1', 2', 3' et N') dans le cas illustré du poste de transformation-moyenne tension/basse tension triphasée. Il serait bipolaire et ne comprendrait que les trois ensembles 2', 3' et N' dans le cas d'un poste transformation monophasé à deux conducteurs de phase et un neutre. les ensembles 1', 2', 3' et N' sont de réalisation identique et un seul est représenté en E à la fig. 2. Chaque ensemble E comporte un parafoudre élémentaire hO, branché en amont du disjoncteur basse tension D du poste de transformation P, et un autre parafoudre élémentaire BO branché en aval du disjoncteur D. les deux parafoudres élémentaires ÀO et BO sont réunis au point commun D à un troisième parafoudre élémentaire constituant la branche OT qui est reliée en t à la prise de terre t des masses du poste de transformation P (fig. 1) ladites prise de terre étant commune ou non avec celle des parafoudres moyennestension 1, 2, 3 et N. Chaque parafoudre élémentaire AO, BO, OT est constitué, selon les commodités de construction,soit, comme représenté, par un seul parafoudre à résistance variable (éclateur e en série avec une résistance r) de tension nominale adaptée à la tension de service du poste de transformation, soit par plusieurs parafoudres élémentaires montés en série, le nombre de ces parafoudres étant fonction aes caractéristiques à obtenir. On peut également, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer les parafoudres élémentaires à résistance variable du type ci-dessus par des varistances â l'oxyde de zinc de caractéristiques analogues. Le disjoncteur basse tension D étant fermé, une surtension se produisant sur le réseau basse tension (par exemple si la foudre tombe sur le réseau) et qui entraîne l'amorçage des parafoudres moyenne tension 1, 2, 3, N et, par conséquent, l'élévation du potentiel de la prise de terre t du poste ?, passe sur le réseau basse tension en suivant, pour chaque phase et le neutre, le trajet T0 mais en étant diminuée de la tension résiduelle du parafoudre d'équilibrage de sorte quelle n'est plus dangereuse. se même, une surtension prenant son origine sur le réseau basse tension et dont l'amplitude est insufisamment réduite par les protections au roseau basse tension s'écoule, en partie, par la prise de terre commune des parafoudres moyenne tension et des masses du poste de transformation en suivant le trajet a uT. La tension entre le circuit basse tension (et les enroulements basse tension du transformateurj et les diverses masses se trouvent ainsi réduites à une amplitude non dangereuse, au plus égale à la tension résiduelle du parafoudre d'qui librage des potentiels. Dans les mêmes conditions d'Lquipement du poste de transformation, mais le disjoncteur basse tension @ étant ouvert, une surtension prenant son origine sur le réseau moyenne tension et qui entrane l'amorçage des parafoudres moyenne tension passe sur le réseau basse tension et sur les enroulements basse tension du transformateur en suivant les trajets TOA, TOB et ÂOB dans cloaque élément t du parafoudre d'équili- brage des potentiels selon l'invention.La contrainte qui subsiste entre les enroulements basse tension et la masse du transformateur reste au plus égale à la tension résiduelle du parafoudre d'équilibrage des potentiels entre A et rli et n'est donc pas dangereuse. lia surtension partielle qui passe sur le réseau basse tension présente une amplitude réduite d'une quantité égale à la tension résiduelle du parafoudre d'équilibrage des potentiels entre B et T, et n'est donc pas dangereuse.De même, une surtension prenant son origine sur le réseau basse tension et qui est insuffisamment réduite par les protections du réseau basse tension s'écoule en partie par la prise de terre commune des parafoudres Moyenne tension et des masses du poste de transformation en suivant le trajet B O T dans le parafoudre d'équilibrage des sotentiels, ce qui réduit d'une quantité égale a sa tension residuelle l'amplitude de la surtension transmise sur les masses et sur le circuit basse tension dans le poste de transformation. La surtension passe aussi en partie sur les enroulements basse tension du transformateur en suivant le trajet BUw dans le parafoudre d'u;liorse des potentiels, i'aiillituae de la surtension transmise étant alors réauite d'une quantité égale à la tension résiduelle des deux branches Bb et Oli dudit parafoudre. Les mécanismes indiqués précédemment ont pour effet de supprimer tout risque d'amorçage à la masse dans le disjoncteur basse tension AJ. Les mécanismes de fonctionnement exposés précédemment sont relatifs en cas d'une prise de terre du poste qui est commune aux parafoudres moyenne tension et aux masses, mais ces mécanismes restent entièrement valables dans le cas d'une prise de terre des parafoudres moyenne tension qui sont séparés de celle des masses du poste de transformation. On remarque que les deux parafoudres élémentaires AO et BO sont fréquemment appelés à fonctionner en parallèle. On obtient sans difficulté un tel fonctionnement en donnant aux parafoudres une tension d'amorçage inférieure a leur tension résiduelle de manie que l'amorçage de l'un des parafoudres laisse subsister sur l'autre parafoudre une tension supérieure à sa tension d'amorçage, lui permettant de s'amorcer à son tour suivant un processus connu. Les parafoudres d'équilibrage des potentiels selon l'invention sont essentiellement destinés à eAtre installés dans des postes de transformation montés sur poteaux ou dans des postes en cabine basse ou haute. Il y a donc intérêt à les placer dans un coffret ou dans une armoire de protection líétallique ou en matiere plastique de manière à éviter tout contact du personnel d'entretien avec une pièce sous tension. Il peut être Intéressant de placer des barrettes de raccordement au réseau basse tension de manière à mettre hors tension les éléments du parafoudre d'équilibrage des potentiels selon l'invention lors d'un contrôle ou d'une intervention. L'intérêt principal du parafJudre d'équilibrage des potentiels selon l'invention est de permettre la réalisation d'une protection suffisante des postes de distribution moyenne tension/basse tension contre les surtensions dues à la foudre dans les cas où il est difficile d'obtenir une résis tance suffisamment faible de la prise de terre du poste et des prises de terre du neutre basse tension. RtVt1bICliTIU1 1 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels, particulièrement destiné à la protection des postes de transformation moyenne tension/basse tension contre les surtensions dues à la foudre, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chacun des conducteurs de phase et pour le conducteur neutre basse tension (I'1, I'2, 113, 1,N' un ensemble (h ; fig. t) de trois parafoudres élémentaires reliés en !-, le premier parafoudre AO étant réuni à l'une des bornes amont du disjoncteur basse tension D du poste de transformation P, le second pa rafoudre 30 étant réuni à la borne avale correspondante, les premier et second parafoudres étant réunis à un troisième parafoudre OT dont la borne de terre T est reliée à la prise de terre des parafoudres moyenne tension (1, 2, 3, N) et des masses (t) du poste de transformation commune ou non avec la prise de terre des parafoudres a moyenne tension, de sorte que le dispositif assure un couplage partiel, à travers les divers parafoudres élémentaires, de la prise de terre du poste de-transformation avec celle du réseau à moyenne tension, que le disjoncteur à basse tension D soit ouvert ou fermé, dans le cas d'une surtension ayant son origine sur le réseau à moyenne tension ou sur le réseau à basse tension, le couplage partiel assurant également par la liaison uB l'équilibrage des potentiels du réseau à basse tension du circuit à basse tension dans le poste de transformation et des enroulements à basse tension du transformateur lorsque le disjoncteur à basse tension est ouvert. 2 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les parafoudres élémentaires sont du type à résistance variable comprenant un éclateur (e) en série avec des résistances semiconductrices (r). 3 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parafoudres élémentaires comprennent des éléments à oxyde de zinc. 4 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels suivant l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que les parafoudres élémentaires peuvent être constitués par le non- tage en série de parafoudres de lus faible tension nominale. 5 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels suivant l'une des revendications a à 4, caractérisé en ce que les parafoudres lémentaires aw et Bu reliés au disjoncteur basse tension D ont une tension résiduelle supérieure à leur tension d'amorçage leur permettant de fonctionner en parallèle dans le cas où le disjoncteur basse tension D est fermé. 6 - Parafoudre d'équilibrage des potentiels suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les parafoudres élémentaires sont placés dans un coffret ou une armoire métallique ou en matière plastique mettant le personnel d'entretien 1' abri de tout contact avec une pièce sous tension. 7 - Parafoudre dtéquilibrage des potentiels suivant l'une des revendications î à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des barrettes de raccordement au réseau basse tension permettant de mettre le dispositif hors tension en cas d'intervention ou de contrôle.