Brevet FR2542141A1 — publié le 19840907

La présente invention est du domaine du transport de l'énergie électrique par lignes aérienne et elle a plus précisément pour objet un dispositif de protection contre la foudre de telles lignes et des installations qui leur sont électriquement reliées. On sait que la foudre peut se présenter sous forme d'une décharge électrique sous très haute tension entre le sol et des masses nuageuses par exemple, en empruntant de préférence le chemin électroconducteur offert par des objets s'élevant au-dessus du sol tels qu'arbres, construstions et bien entendu installations électriques aériennes. On sait protéger les installations aériennes de transport de l'énergie électrique au moyen de dispositifs connus sous le nom d'éclateurs et constitués par un couple d'électrodes constituées chacune par unetige d'acier galvanisé coudée à environ 450 r les dlectrodes-sont disposées au voisinage, et généralement à l'aplomb d'un groupe d'isolateurs, d'un pilone ou d'un poteau, de façon coplanaire et leur coude en regard l'un de l'autre séparé par une certaine distance, l'une des électrodes étant reliée à la ligne électrique, l'au tre étant reliée à la terre a l'une des électrodes est suppor tée par l'intermédiaire d'une potence directement par le câble de ligne , l'autre électrode. est aussi supportée par une potence solidaire d'un câble ou tige de fixation des isolateurs auxpoteaux b ce câble de fixation peut aussi servir, étant relie à la terre, de conducteur de terre pour la seconde électrode ; généralement, les électrodes, leur potence support et le câble de fixation sont en acier.La pratique d'un tel mode de protection a montré que les installations sous tension, tels que transformateurs par exemple, étaient protégées pour des décharges n'excédant pas 15 kilo-ampères pour des décharges d'intensité supérieure, la mise à la terre de la ligne par des éclateurs de conception actbeïïe est insuffisante un certain nombre de transformateurs et autres appareils appartenant aux installations sont ainsi endommagés par la foudre chaque année.. L'idée-mère de la présente invention repose d'une part sur des connaissances récentes sur la nature et le comportement du courant composant la décharge de la foudre dans des conducteurs et d'autre part sur la pri- se en compte du fait, plus anciennement connut que les char. ges électriques se repartissent à la surface des conducteurs Des études faites dans les dernières décennies ont montre qu'une décharge atmosphérique comportait une phase d'intensité croissante (front de la décharge d'environ 8 micro-secon- de, et une phase d'intensité décroissante (queue de décharge) d'environ 20 micro-seconde ; c'est cette onde d'intensité qui se propage le long du "canal de décharge" et dans les conducteurs rencontrés ; ainsi, alors que les techniques de l'art antérieur ne prenaient pas en compte cet aspect oscillatoire et dynamique de la décharge, la présente invention va precisément en tenir le plus grand cas en s'attachant à réduire au maximum 1 'impédance des circuits d'évacuation à la terre, notamment en s'attachant à préserver l'effet de conduction superficielle, ou pelliculaire, de ces circuits. Selon la présente invention, un dispositif de protection des lignes aériennes de transport d'énergie électrique et des installations reliées à de telles lignes, ledit dispositif étant du genre comportant un couple d'électrodes supportés par un support solidaire d'un isolateur et séparées l'une de l'autre, ledit couple d'électrodes étant dit éclateur, l'une des électrodes étant reliée à ladite ligne, l'autre électrode étant reliée à la terre, est principalement caractérisé en ce que ledit support d'électro- de a la forme générale d'un T composé d'une partie transversales et d'un pied, en ce qu'au moins ladite partie transversale présente sensiblement une symétrie circulaire autour d'un axe longitudinal, et en ce qu'elle est pourvue à chacune de ses extrémités d'un moyen de serrage axial destiné à la rendre solidaire d'une part de ladite électrode, d'autre part d'un câble, ou tige électroconducteur, et en ce que ladite partie transversale au moins, et ses moyens de serrage sont réalisés en un métal électroconducteur amagnétique. I1 résulte d'une telle conception générale de l'éclateur, d'une part que la circulation pelliculaire des charges électriques est favorisée au maximum et que l'impédance, et de ce fait, les phénomènes d'induction, bien particuliers au courant d'onde de la foudre sont réduits au minimum. Pour des raisons de commodités de montage et de réglage, il est préconisé que les supports d'électrodes sont eux-mêmes composés de plusieurs pièces on notera, toujours en considération de l'aspect ondulatoire à courte longueur d'onde dela décharge, que les contacts surface/surface ne sont pas à craindre ; la nature composite des supports d'électrodes présente des avantages dans les opérations de mise en place et de réglage. Suivant une première forme de réalisation, la partie transversale du porte électrodes est une pièce cylindrique comportant à une de ses extrémités un mandrin du type à pince poussée destine à enserrer l'extrémité de l'électrode, tandis que son autre extrémité comporte un organe de raccordement de câble multibrins à portée interne conique et noyau conique alésé axialement destiné à enserrer l'extrémité d'un conducteur multibrins du circuit d'évacuation de décharge. Suivant une deuxième forme de réalisation, la pièce transversale du support d'électrodes est une pièce cylindrique pourvue à chacune de ses extrémités de deux mandrins à pinces poussées, l'un des mandrins enserrant ladite électrode, l'autre mandrin enserrant une tige conductrice droite de même diamètre que l'électrode, l'extrémité de ladite tige est elle-même enserrée dans un mandrin à pinces poussées d'un raccord dont l'autre extrémité comporte un organe de serrage de raccordement de câble multibrins à portée interne conique et noyau conique alésé axialement pour enserrer l'extrémité d'un conducteur multibrins du circuit d'évacuation de décharge. Suivant une forme de réalisation préférée du pied porte électrodes, celui-ci est constitué d'une partie supérieure comportant une bague alésée axialement pour enserrer ladite partie transversale, ladite bague étant reliée à une tige, d'une pièce de raccordement formant double mandrins à pinces poussées, et d'une tige inférieure solidaire d'un isolateur, une extrémité de la tige supérieure est enserrée dans une pince du mandrin de la pièce de raccord dement, tandis qu'une extrémité de la tige inférieure est enserre dans la pince de l'autre mandrin de cette même piece. Suivant une autre caractéristique secondaire de l'invention et, en notant qu'il ne servirait à rien d'abaisser l'impédance des supports d'électrodes, Si les autres parties du circuit d'évacuation devaient présenter une forte impédance, la présente invention propose de disposer les autres éléments de ce circuit de façon telle qu'ils soient le plus rectilignes possibles, tout au plus que leur courbure soit de grand rayon et tout au moins qu'aucun élément de ce circuit ne présente de point de re- broussement, mais plutôt se raccordent entre eux de façon tangentielle. Ainsi le câble de raccordement de la première électrode à la ligne électroconductrice est effectué de façon tangentielle, en un point de raccordement, tandis que le câble de raccordement de la seconde électrode à la terre présente un voisinage du poteau un rayon d'environ 50 cen-tintètres. La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite d'une part et sommairement de la technique de l'art antérieur et d'autre part de formes préférées de réalisation suivant la technique de l'invention en relation avec les figures des planches annexées dans lesqueles - la fig.l est une illustration schématique d'un montage typique de l'art antérieur, - la fig.2 est une illustration d'un dispositif de protection antifoudre conforme à l'invention, - la fig.3 est un détail en coupe et à plus grande échelle d.'un organe de ia figure précédente, - la fig.4 est une illustration d'une autre forme de réalisation, - les fig.5 et 5a illustrent un détail d'un organe de la fig.4, - la fig.6 illustre diverses applications pour lignes MT,HT et THr, - les fig.7, 7a, 7b illustrent un éclateur pour la basse tension (BT) et, - la fig.8 illustre une réalisation des pieds de support. Sur la fig.1, à titre illustratif de l'art antérieur en la matière, un arret de ligne 1 électroconductrice moyenne tension par exemple, comprend un poteau 2, un raccordement 3 aux installations subséquentes, un ensemble isolateur 4 et un dispositif de protection antîfoudre comprenant lui même un couple d'électrodes 5 et 6 et un conduit d'évacuation 7 vers une prise de terre 8 ; accessoire ment une tige "anti-oiseaux" est disposee entre les électro- des pour éviter l'électrocution de ces animaux.On remarquera que le raccordement de chaque électrode par l'intermédiai- re de son support, comprend au moins deux angles droits ; on note que le pied de l'électrode sert de conducteur et qu'en général, l'électrode est raccordée à son pied par le moyen d'un oeilleton et d'un boulonnage à travers l'oeilleton ; d'une manière générale encore, aussi bien l'électrode que son pied support sont réalisés en fer galvanisé. Ce disposi- tif de protection de l'installation subséquente contre les effets de la foudre dit éclateur est en général comme cela a été dit plus haut inefficace pour des décharges excedant 15 kA et il est tout à fait représentatif de l'art antérieur connu. Sur la fig.2 illustrant un écla teur amélioré ou perfectionné conformément à l'invention, des électrodes 11 et 12 en cuivre par exemple sont supportées chacune par un support, 13 et 14 respectivement, ayant une forme générale en T ; chaque support tel que le support.14 est constitué d'une partie transversale 15 et d'un pied 16. On décrira plus loin la structure particulière de ces supports mais on doit déjà noter que la partie transversale a une forme grosso modo cylindrique suivant l'axe de laquelle sont raccordés l'électrode 12 d'une part et le câble 17 de raccordement de cette première électrode à la ligne électrodonduc- trice ou de dérivation de la décharge ; on remarquera qu'il en est de même pour l'autre électrode avec le câble de raccordement 18 de la seconde électrode à la terre. Il apparaît bien aussi sur les figures que conformément à ce qui est préconisé par la présente invention, le câble 17 est relié tangentiellement à la ligne 1' eu un point 19 à 1,50 mètre minimum de l'éclateur et que le câble de raccordement isolé à 1 000 Volts minimum, de la seconde électrode à la terre présente au voisinage du poteau 2' une courbure 20 d'assez grand rayon (de l'ordre de 50 centimètres par exemple). Sur la fig.3 on a représenté en coupe à plus grande échelle et avec plus de détails un porte électrode tel que le porte électrode 14 de la figure précé- dente ; ce porte-électrode est essentiellement constitué d'une partie transversale 15 et d'un pied 16 , la partie transversale 15 est une pièce sensiblement cylindrique ou encore de symétrie d'axe 21 , elle comporte a une de ses extrémités 22 un mandrin de type à pince poussée 23 enserrant l'extrémité de l'électrode 12 ; elle comporte à son autre ex- extrémité 27 un organe de raccordement du câble multi-brins 17 comprenant un écrou 24 à portée interne conique et noyau conique 25 alésé axialement ; ce type de raccordement des câbles multi-brins est connu en lui-même et on rappelle que le serrage de l'écrou 24 amène l'extrémité interne du noyau et des brins enserrés en contact avec la butée de fond 26. Le mandrin à pince poussée de l'extrémité 22 est également connu en lui-même ; on notera toutefois que la pièce cylindrique, ou partie transversale 15, est pourvue d'un alésage intérieur 28 assez profond pour permettre d'y engager plus ou moins l'électrode. Suivant l'invention, les pièces constitutives de la partie transversale sont constituées d'un ou plusieurs métaux amagnétiques, ou encore non ferro-magné- tiques tels que cuivre, laiton, bronze, aluminium ou autre à l'exclusion des métaux ayant des propriétés ferro-magnétiques. Le pied 16 est relié à la partie transversale 15 par une bague 29 alésée axialement. Sur la fig.4 un support d'électrodes 30 est constitué d'une pièce transversale 31 pourvue à chacune de ses extrémités de deux mandrins à pince poussée analogue aux mandrins à pince poussée 23 de la figure précédente ; l'un des mandrins sert à enserrer l'électrode 12 l'autre mandrin enserre une tige 32 elle-même raccordée au conducteur multi-brins 17 par l'intermédiaire d'un raccord 33 ayant sensiblement la même structure fonctionnelle que la pièce transversale de la figure précédente 8 ce raccord est illustré avec plus de détails sur les fig.5 et 5a.Le pied du support d'électrodes 30 est constitué d'une partie supérieure formée par une tige 16 et par une bague 29 alésée axialement pour enserrer la partie transversale 31 d'une pièce de raccordement 34 formant double mandrins à pince poussée et d'une tige 36 solidaire d'une partie d'isolateur 37 à une de ses extrémités, son autre extrémité étant engagée dans lBun des mandrins de la pièce 34. L'intérêt de ce montage avec pièce intermédiaire 34 est de permettre un réglage facile en hauteur et en orientation de l'électrode 12. Sur la fig.4a une variante de montage d'éclateur diffère de la précédente en ce que la pièce transversale 31' comporte à une de ses extrémités uneSpartie décolletée 32' analogue à la pièce 32 et à son autre extrémité un mandrin de serrage axial constitué par un écrou 60 à taraudage intérieur conique et par un filetage extérieur 61, lui-meme conique, de l'extrémité de la pièce transversale 31', cette extrémité filetée comporte plusieurs fentes longitudinales permettant, lors du vissage de l'écrou, le serrage de l'électrode 12'. Les autres parties de ce montage d'électrodes sont analogues à celles de la figure précédente. Sur les fig.5 et 5a, la pièce de raccordement 33 de la figure précédente est constituée pour une première partie 40, par un mandrin a pince poussée et pour une deuxième partie 41 par un organe de raccordement de câble multi-brins comprenant un écrou 42 à portée interne conique et noyau conique 43 alésé axialement ; cet organe de raccordement est tout à fait analogue dans son propre à celui comporté par la pièce 27 de la pièce transversale de la fig.3. On notera que la pièce 34 de rac cordement de la fig.4 est constituée de deux parties 40 de la pièce de la fig.3. La fig. Sa rappelle qu'une pince poussée telle que la pince 45 de la fig.5 est une pièce conique alésée axialement et fendue le long d'une génératrice Sur la fig.6 divers exemples d'utilisation du dispositif de l'invention sont illustrés appliqués à différentes lignes. On remarquera que le pied de support d'électrodes peut être doublé, comme c'est le cas pour un pied 50 par exemple, appliqué à la protection antifoudre d'une ligne à très haute tension, et cela en raison de la grande longueur de la ligne d'isolateur. Sur les fig.7 et 7a un isolateur applique également les principes 7de l'invention en ce que le support d'électrodes est constitué d'une pièce transversale telle que 52 enserrant axialement une électrode 53 et raccordée toujours de façon axiale au conducteur 17'. Des pieds tels que 54 sont réalisés en un matériau isolant tel que la porcelaine et sont fixés sur une plaque support 55 yui peut être en aluminium. Le raccordement des électrodes au câble multibrins 17' est réalisé par exemple par l'intermédiaire d'une pièce 33 analogue à celle de la fig.4 et par un mandrin 58 d'extrémité de la pièce transversale 52. Sur la fig. 7a, le mandrin 54 de la figure précédente est remplacé par un serrage à vis transversale 56. On a représenté sur la fig.7b une variante de réalisation de la fig.7 dans laquelle les électrodes 53 de la figure précédente sont remplacées par des électrodes à sphères 57. De telles électrodes à sphères qui sont légèrement plus coûteuses que les électrodes à cornes jusqu'ici décrites, peuvent aussi bien équiper tous les éclateurs précédemment décrits et être substituées aux électrodes à cornes ; les électrodes à sphères sont en principe légèrement plus efficaces que les électrodes à cornes mais on notera que cette augmentation de l'efficacité est tout à fait minime en regard de celle apporté par le montage des électrodes quelles qu'elles soient, préconisées par l'invention. Sur la fig.8 on a représenté un montage d'éclateurs anti-foudre conforme. à l'invention assez semblable à celui représenté en fig.2 à 4 (les organes équivalents y sont affectés des mêmes références) ; on note cependant que sur cette figure, les pieds support d'éclateurs tels que 61 et 62 sont des barres, ou méplats, de section rec tangulaire; visibles respectivement dans les encarts 63 et 64 la partie inférieure du pied 61 est raccordée par le moyen "un boulon 64 à un organe de liaison 65 de la ligne 1 à un premier isolateur 66 tandis que la partie inférieure du pied 62 est fixée à un second isolateur 67 par un boulon 68. On remarque aussi sur cette figure qu'un dispositif anti oiseau 70 est lui aussi constitué par un méplat dont la section rectangulaire est visible dans l'encart 71 ; ce méplat est torsadé d'un quart de tour au voisinage de sa partie inférieure pour être fixé par l'intermédiaire d'un boulon 72 sur la partie de raccordement de deux isolateurs voisins 66 et 67. On remarque aussi sur cette figure la gaine dtisolation 75 du câble 20 qui est une gaine d'i solation à 1 000 Volts minimum. Bien que l'on ait décrit et repré- senté des formes particulières de réalisation de l'invention, oit dans leur forme préférée1 soit dans des variantes1 il doit être compris que la présente invention n'est pas limitée aux caractéristiques définies pour chacune de ces formes ou variantes, mais qu'elle s'étend à l'ensemble de leurs combinaisons possibles rentrant dans le champ des caractéristiques générales définies plus haut. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif de protection des lignes aériennesde transport d'énergie électrique et des installations relises a de telleslignes,ledit dispositif étant d genre comportant un couple d'électrodes supportés par un support solidaire d'un isolateur et séparées l'une de l'autre, ledit couple d'électrodes étant dit éclateur, l'une des électrodes étant reliée à ladite ligne, l'autre électrode étant reliée à la terre; caractérise en ce que ledit support d' électro- de a la forme générale d'un T composé dgune partie trans- versales (15) et d'un pied (16), en ce qu'au moins ladite partie transversale présente sensiblement une symétrie circulaire autour d'un axe longitudinal, et en ce qu'elle est pourvue à au moins une de ses extrémités d'un moyen de serrage axial (23;;24) destiné à la rendre solidaire d'une part de ladite électrode (11 ,12), d'autre part d'un câble (17), ou tige (32), électroconducteur, et en ce que ladite partie transver sale au moins, et ses moyens de serrage sont réalisés en un métal électroconducteur amagnétique; 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie transver sale est une pièce cylindrique comportant à une de ses ex tremités (22) un mandrin du type à pince poussée (27), destiné à enserrer l'extrémité de l'électrode, tandis que son- autre extrémité (27) comporte un organe de raccordement de câble multibrins à portée interne conique à noyau conique (24) alésé axialement destiné à enserrer l'extrémité d'un con ducteur multibrins au circuit d'évacuation de décharge 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce Mue ladite pièce transversa le est pourvue à chacune ae ses extrémités de deux mandrins à pinces poussées, l'un des mandrins enserrant ladite électrode, l'autre mandrin enserrant une tige conductrice droite de même diamètre que l'électrode, et en ce que l'extrémité de ladite tige est elle-même enserrée dans un mandrin à pinces pous sées dlun raccord dont l'autre extrémité comporte un or gane de serrage de raccoraement, de câble multibrins à portée interne conique et noyau conique alésé axialement pour enserrer l'extrémité d'un conducteur multibrins du circuit d'évacuation de décharge 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pied est consti tué - d'une partie supérieure comportant une bague (29) alésée axialement pour enserrer ladite partie transversale, ladite bague étant reliée à unetige (16), - d'une pièce de raccordement (34) formant double mandrins à pinces poussées, et - d'une tige inférieure (36) solidaire d'un isolateur (37), une extrémité de la tige supérieure étant enserrée dans une pince d'un dit mandrin tandis qu'une extrémité de la tige inférieure est enserrée dans la pince de l'autre man drin ; 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé : en ce que le câble (19) de raccor dement de la première électrode à la ligne (.1) électro- conductrice est effectué de façon tangentielle, en un point (19) de raccordement, et en ce que le câble de raccordement (20) de la seconde électrode - 'à la terre présente au voisi nage du poteau un rayon d'environ 50 cm. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé : en ce que ledit pied support d'électrodes est constitué d'une partie supérieure compor tant une bague 29 alésée axialement pour enserrer ladite partie transversale, et d'un meplat (61) à section trans versale rectangulaire fixé à un isolateur, alternative= ment à une pièce de liaison de ce dernier au moyen d'un boulon (64) 7.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un dispositif dit anti oiseau situé entre les deux électrodes est constitué par un méplat (70) torsadé d'un quart de tour sur lui-même et fixé à un isolateur par le moyen d'un boulon (72) 8.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie transver sale est une piece cylindrique (31') comportant à unede ses extrémités un mandrin de serrage axial constitué par un écrou (60)à taraudage intérieur conique et par un fi letaye extérieur, lui-même conique de l'extrémité de la pièce transversale (31'),ladite extrémité comportant plu sieurs fentes -longitudinales, et comportant à son autre extrémité une partie décolletée (32').