Brevet FR2628579A1 — publié le 19890915

DISPOSITIF DE PROTECTION DES TRAVAILLEURS CONTRE LES TENSIONS ELECTRIQUES SUPERIEURES A 50 VOLTS EFFICACES Le domaine d'application de l'invention est la protection des Travailleurs opérant sur les réseaux électriques de 1 erse. 2 eme et 3 eme categorie. La législation Française et les normes de sécurité d'ELECTRICITE DE FRANCE, exigent que toute intervention sur, les lignes ribles et appareillages de transport ou de distribution d'électricité , soit précédée d'une mise hors tension et d'une mise a la terre et en court circuit de ces derniers.Cette mise à la terre protege efficacement le travailleur, mais elle ne permet pas de faire certaines mesures telles que l'identification des conducteurs avant leur raccordement, la recherche d'un conducteur parmi d'autres avant son sectionnement, les mesures de temps et de synchronisation des appareillages de coupures tels que les disjoncteurs unipolaires des réseaux 3 eme catégorie etc...Pour permettre ces opérations, la mise à la terre et en court circuit doit etre enlevée et remplacée par un dispositif appelé communément pavé de terre. La technologie des dispositifs exploités actuellement est basee sur les propriétés du Sélenium å ce comporter en écreteur de tension. En dopant de façon particulere ce matériau il est en effet possible d'obtenir la tension de " claquage " désirée de 50 volts efficaces. Nais pour obtenir ce " claquage " il faut que la source soit capable de débiter un courant de quelques milliAmpères, ce qui rend ce système inopérant contre certaines sources de tensions telles que les tensions induites, qui peuvent atteindre 50 000 volts avec un courant de quelques microAmperes sur les reseaux de transport 400 000 volts. Bien que l'énergie soit faible, quelque Joules, elle peut occasionner, lorsqu'elle est mise en contact avec l'homme, des lésions, par tetanisation locale des muscles et pour certains individus prédisposes des trouble s cardiaques graves.Pour les matériels électroniques de mesure, ces tensions induites sont trop souvent la cause de pannes par claquage diélectrique des circuits intégrés; elles sont aussi la source d'erreurs de mesures dues a la superposition d'un signal parasite a la fréquence du réseau, sur le signal injecté par l'appareil de mesure. Enfin ce système est très sensible au décharges capacitives issues de -la charge des cibles souterrains à isolation solide; cette décharge peut être assimilée à la décharge d'un condensateur dont la capacité peut atteindre 100 microFarad, sur les réseaux souterrains étendus 2 éme et 3 éme catégorie qui se décharge en quelques microsecondes avec des tensions supérieures & 50 volts efficaces et des courant supérieurs a too A.Dans ces conditions le système å Sélénium claque " da façon irréversible de telle sorte qu'il est mis définitivement en court circuit, d'ou compte tenu du coOt relevé de ce materiel, une perte non négligeable pour l'utilisateur. Le dispositif selon l'invention permet de remédier a ces inconvénients. Sa technologie est en effet basée sur la différentiation des types d'énergies présentes sur les réseaux de distribution et de transport. Tout d'abord les faibles énergies telles que les tensions induites de tension supérieures a 50 volts produites par une source débitant quelques microAmpêres, sont écretées, de façon permanente, å la valeur de la tension de sécurité de 50 volts efficaces, par une varistance a oxydes métalliques, dont la tension VARISTOR est déterminée par la tension de sécurité de 50 volts, dont le temps de réponse est inférieur à 25 nanoSecondes, et dont le pouvoir d'écoulement en courant est capable de supporter les ondes de décharges capacitives des cibles sans destruction.La tension varistor de la varistance, est la tension ou elle devient " passante ", est quasi indépendante du courant. Dans le cas de retour accidentel de la tension de réseau, le courant de courant de court circuit peut atteindre des valeurs importantes jusqu'a 200 000 Ampères et des durées de deux secondes. Dans ces conditions extremes la varistance ne peut ecouler cette énergie, elle est alors relayée par un éclateur dont la tension d'amorçage est légèrement au dessus de la tension d'écretage de la varistance et dont le pouvoir d'écoulement est déterminé par le courant de court circuit et la durée d'intervention des protections du réseau.Pendant le passage du courant de court circuit la tension résiduelle due å la tension d'arc dans l'éclateur est voisine de zéro volts puisqu'il y a soudure instantannée des deux connexions. La figure 1 représente le schéma de principe électrique du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente le schéma de principe de l'éclateur selon l'invention. La figure 3 montre une version préférentielle monophasée du dispositif selon l'invention. La figure 4 montre une variante polyphasée. La figure 5 montre une autre variante selon l'invention pour réseaux de distribution triphasés qui ne comporte que deux électrodes isolées. La figure 6 montre la version preférentielle de l'invention protégée par un enrobage isolant obtenu au trempé. La figure 7 montre le mode de raccordement particulier suivant la version préférentielle de l'invention. Le dispositif selon l'invention, figure I,:se compose schematiquement, dans sa version prëferentielle, monophasée, d'une électrode ( 1 ) reliée a l'une des phases du réseau à protéger et d'une autre électrode ('2 ) reliée å la terre.Entre ces électrodes sont placés, une varistance å oxydes métalliques ( 3 ) dont la tension d'écrêtage limite la tension å 50 volts, valeur requise par les règlements de sécurité; un éclateur t 4 ) qui amorce à une tension légèrement supérieure å la tension d'écrémage de la varistance t 3 ) et qui court circuite les électrodes i et 2 ) en cas de retour accidentel de la tension du réseau.Cet éclateur, figure'2, est compose de deux électrodes ( 5 - 6 ) de forme plate en matériau å faible resistance électrique, tel le cuivre, isolee l'une de l'autre par un film isolant ( 7 ) de constante diélectrique déterminée, dont la rigidité diélectrique est: supérieure å la tension de claquage de l'éclateur. Ce film est perSe de trous ( 8 ) de diamètres déterminés par le courant å transiter lors du retour accidentel de la tension. La tension d'amorçage de l'éclateur est obtenue, d'une part par l'épaisseur du film isolant ( 7 ) qui définie la tension disruptive du film d'air obtenu par les trous ( 8 ) et par la tenue diélectrique superficielle du film isolant 7 ) au niveau des bords des trous ( 8 ). Selon le matériau utilisé l'épaisseur du film peut varier de 25 a 75 microMètres. Le film (7 ) est serré entre les electrodes (-5-6 ) par une série de boulons (9 9 ) isolés par des canons isolants Pour supporter de tels efforts sur le film isolant, la repartition de l'effort doit être homogène sur toute sa surface. Cette répartition est obtenue par les caractéristiques d'usinage des surfaces des electrodes ( 5-6 ) en contact avec le film isolant (7 ) . L'isolement des boulons est obtenu par des canons isolants ( 10 ) dont le fluage est réparti par les contre plaques métalliques ( et au niveau du film isolant (7 ) les bords du film s'aju'stent autour de chaque boulon ( 9 ) de manière å augmenter la distance de contournement et d'eviter l'accrochage de l'arc électrique de puissance sur ce dernier, ce qui aurait pour effet la destruction du boulon ( 9 ).L'utilisation de deux canons isolants ( 10 > sur chacune des éléctrodes permet de ne pas fixer le potentiel du boulon I > et ainsi de diminuer les risques d'accrochage intempestif de l'arc sur les boulons. La figure 3 montre une version preferentielle monophasée du dispositif selon l'invention selon laquelle les électrodes 12 et 13 ) séparés par le film isolant 14) sont placées en superposition l'une de l'autre suivant le meme axe, cette disposition favorise la répartition du courant de court circuit et diminue la contrainte mécanique dûe a l'effort électrodynamique.La figure 4 montre une -variante polyphasée. selon la figure 4 triphasée, dans laquelle on retrouve les électrodes de phases 15-16-17 ) une électrode unique de court circuit ( 1R; et les varistances d'écretage a la tension de sécurité de 50 volts efficaces ( 19-20-21 ). La figure 5 montre une autre variante selon l'invention pour réseaux de distribution triphasés qui ne comporte que deux électrodes isoles (22-23 ) la troisieme phase étant directement mise å la terre par la barre de court circuit ( 24 ) qui dispose d'une plage supplémentaire (25 > pour le raccordement de la mise a la terre.La figure 6 montre la version préférentielle de l'invention selon laquelle la protection contre les agressions mécaniques, climatiques, est obtenue par dèpot d'épaisseur suffisante d'une résine isolante ( 26 ) par un procédé de trempage å froid d'un polychlorure de vynile ( PVC J. Cette protection peut aussi étre obtenue par surmoulage, des dispositifs selon l'invention dans un moule, par une résine genre polyurethanes ( PU ) à réaction à froid ces procédés de protection sont valables psur le dispositif selon l'invention et toute ses variantes.Selon l'invention et chacune de ces variantes chaque électrode est munie d'un trou, figure 5, ( 27 ) destine au raccordement du dispositif aux cibles de liaisons. La figure 7 montre, selon la version préférentielle de l'invention, la plage de mise a la terre munie d'un trou (28 ) destine a la fixation classique des cables de raccordement et d'une fente ( 29 ) de dimensions déterminées par celles des étaux de terre standards qui permet l'accrochage direct de l'étau de terre ( 30 ) et le bord ( 31 ) en surépaisseur par rapport å la plage de contact de l'étau ( 32 ) en pénétrant dans la fente ( 29 ) de résister aux efforts électrodynamiques d'arrachement lors du passage du courant de court circuit. Le dispositif suivant l'invention est particulièrement destine å la protection des travailleurs et des matériels operants sur les réseaux de distribution électriques 1ère, 2ème et 3ème catégorie contre toutes tensions supérieures à 50 volts-efficaces. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection des travailleurs et matériels opérant sur des réseaux de distribution et transport d'électricité, t ère, 2 éme et 3 eme catégorie, contre les tensions supérieures å 50 volts efficaces, caractérise en ce qu'il comporte une électrode ( 1 ) reliée å une phase du reseau de distribution et transport d'électricité, une électrode ( 2 ) reliee a la terre.Qu'entre ces électrodes est placée une varistance à oxydes métalliques destinée à écrêter la tension, à la tension de sécurité de 50 volts efficaces, et un eclateur ( 4 > dont la tension d'amorçage légèrement supérieure à la tension d'écretage de la varistance ( 3 ) et qui destinée å prendre le relai de la varistance ( 3 ) et court circuiter les électrodes ( i ) et ( 2 > lors d'un retour accidentel de la tension. 2/ Dispositif suivant la revendication i caractérisé en ce que les electrodes ( 5 ) et ( 6 ) sont en matériaux å faible résistivité électrique, tel le cuivre. 3/ Dispositif suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les électrodes sont de formes plates. 4/ Dispositif suivant les revendications 1-2-3 caractérisé en ce que les électrodes (5 ) et ( 6 ) sont isolées entre elles par un film isolant perçé de trous (8) destinés å l'amorçage de l'arc lors d'un retour accidentel de la tension. 5/ Dispositif suivant les revendications 1 et 4 caractérise en ce que la valeur de la tension d'amorçage de l'éclateur est defini par l'épaisseur du film isolant ( 7 ) et de sa tenue diélectrique superficielle sur les bords des trous (8 > . 6/ Dispositif suivant chacune des revendications précédentes caractérise en ce que le film isolant ( 7 ) comprimé de façon uniforme entre les électrodes ( 5 ) et ( 6 ) par une série de boulons ( 9 ) isolés sur chacune des électrodes par des canons isolants ( 10 ). 7/ Dispositif suivant chacune des revendications précédentes caractérisé en ce que la plage de terre peut être munie d'un trou ( 28 ) et d'une lumiere ( 29 ) permettant la fixation directe des étaux de terre et empeche l'arrachement de l'étau lors du passage du courant de court circuit. 8/ Dispositif suivant chacune des revendications précédentes caracterise en ce que les électrodes (5 ) et (6 ) sont protégées des dommages mecaniques.par une résine isolante (26 ), 9/ Dispositif suivant chacune des revendications précédentes caractérise en ce que le dispositif peut etre de fonction monophasée ou polyphasée. 10/ Dispositif suivant la revendication précédente caractérisé en ce que la barre de court circuit (18 ) est unique pour toutes les phases raccordées. 11/ Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le principe peut etre étendu & n'importe qu'elle valeur de tension de protection et n'importe quelle~ valeur de courant de court circuit.