Brevet FR2723642A1 — publié le 19960216

La présente invention est relative au domaine technique général des dispositifs, appelés habituellement parafoudres, destinés à assurer la protection de circuits électroniques au sens général et, notamment, d'installations téléphoniques contre les surtensions de diverses origines, susceptibles de détériorer, voire même de détruire ces circuits. L'invention vise, plus particulièrement, les dispositifs associés aux parafoudres et conçus pour indiquer ou signaler l'état de fonctionnement des parafoudres. En pratique, il s'avère particulièrement important de connaître l'état de fonctionnement d'un parafoudre, de manière à pouvoir le remplacer en cas de défaillance survenant après l'écoulement d'une quantité d'énergie dépassant un seuil prédéterminé. I1 est connu dans l'état de la technique diverses solutions donnant une indication sur l'état de fonctionnement d'un parafoudre. I1 est ainsi connu de mettre en évidence, par une signalisation mécanique ou un voyant néon, la fusion d'un fusible thermique ou d'une soudure eutectique entraînée par l'élévation de température d'un composant soumis à une surcharge anormale. Un tel dispositif présente l'inconvénient de signaler un état de fait, c'est-à-dire de défaillance du parafoudre mais ne permet pas de donner une indication sur la durée de vie du parafoudre associé. I1 a été également proposé de mettre en oeuvre un compteur électromécanique alimenté par une fraction du courant de foudre, prélevée sur la ligne à protéger, par l'intermédiaire d'un transformateur relié à un pont redresseur. Si un tel système présente l'avantage de donner une indication sur la quantité d'énergie écoulée par le parafoudre et, par suite, de l'état de fonctionnement du parafoudre, un tel dispositif constitue un ensemble relativement complexe à mettre en oeuvre et d'un prix de revient prohibitif dans de nombreuses applications. La présente invention vise donc à remédier aux solutions techniques antérieures en proposant un dispositif permettant de détecter un courant de foudre circulant sur une ligne électrique, offrant l'avantage d'être relativement simple à mettre en oeuvre et de présenter un coût de revient relativement faible. Pour atteindre ces objectifs, le dispositif selon l'invention de détection d'un courant de foudre circulant sur une ligne électrique comporte - des moyens aménagés sur la ligne électrique pour créer des forces électrodynamiques, lors de la circulation d'un courant de foudre, - des moyens mobiles aménagés pour être sollicités par les moyens de création des forces, de façon à être déplacés ou déformés par les forces électrodynamiques créées par le passage du courant de foudre, - et des moyens de protection et/ou de signalisation destinés à être activés lors du déplacement ou de la déformation des moyens mobiles. Un autre objet de l'invention est d'offrir un dispositif adapté pour permettre de prévoir la fin de vie du parafoudre associé. Selon l'invention, les moyens de création des forces électrodynamiques sont pourvus d'un élément conducteur à dilatation thermique contrôlée, dont la déformation entraîne le déplacement des moyens mobiles. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique d'un mode particulier de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention. La fig. 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Les fig. 3A et 3B sont deux vues d'un autre exemple de réalisation d'un dispositif de détection illustré dans deux positions caractéristiques. La fig. 4 est une vue en perspective montrant un autre exemple de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention. Les fig. 5 et 6 montrent deux exemples d'application d'un dispositif de détection selon l'invention. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, le dispositif 1 selon l'invention est destiné à assurer la détection d'un courant de foudre I susceptible de circuler sur une ligne électrique 2 au sens général. Dans l'exemple illustré, la ligne électrique constitue la ligne de terre d'une installation électrique de tous types. Conformément à l'invention, le dispositif 1 comporte des moyens 3 aménagés sur la ligne électrique 2 pour créer des forces électrodynamiques lors de la circulation sur la ligne 2 du courant de foudre I. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, les moyens de création des forces électrodynamiques 3 sont constitués par un circuit électrique de dérivation 4 connecté sur la ligne 2 et dont une portion 5 est placée en relation de proximité d'une partie 2, de la ligne 2. De cette façon, le courant I circulant sur la partie 2, de la ligne 2 est de sens contraire au courant i circulant sur la portion 5 du circuit de dérivation 4. L'action mutuelle des courants I et i, de sens contraire, permet la création de forces électrodynamiques. Le dispositif 1 selon l'invention comporte, également, des moyens mobiles 6 aménagés pour être sollicités par les moyens de création des forces 3, de façon à être déplacés ou déformés par les forces électrodynamiques créées par le passage du courant de foudre I. Les moyens mobiles 6 sont placés de façon à être soumis à l'action des forces électrodynamiques créées entre les portions 21 et 5 de la ligne 2 et du circuit 4. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, les moyens mobiles 6 sont constitués par un contact électrique guidé en déplacement par tous moyens convenables appropriés non représentés. Le dispositif de détection 1 comporte, également, des moyens 8 de protection ou de signalisation destinés à être activés lors du déplacement des moyens mobiles 6. Les moyens 8 permettent ainsi de signaler l'apparition d'un ou de plusieurs coups de foudre ou d'assurer la protection de divers organes. Les moyens 8 peuvent être aménagés directement sur les moyens mobiles 6 pour signaler, par exemple, de façon mécanique, les coups de foudre. Les moyens 8 peuvent être constitués sous la forme d'un circuit électrique, magnétique ou optique, commandé par les moyens mobiles 6. Dans cette dernière forme de réalisation, les moyens 8 sont adaptés pour assurer, lors d'une déformation ou d'un déplacement donné des moyens mobiles 6, une signalisation par tous moyens connus, une mise en courtcircuit de divers composants à protéger, ou une ouverture d'un circuit sur lequel sont montés les composants à protéger. La fig. 2 illustre une autre variante de réalisation de l'invention, dans laquelle les moyens de création des forces électrodynamiques 3 sont constitués par une portion 10 de la ligne électrique 2 conformée sous la forme d'au moins une spire. La conformation d'une partie de la ligne électrique sous la forme d'une spire permet d'obtenir, sur sensiblement la moitié de la spire, la circulation du courant I dans un sens et, sur l'autre moitié, la circulation du courant dans un sens opposé. Lors de la circulation d'un courant I, il apparaît donc la création de forces électrodynamiques permettant que les deux demies spires se repoussent. La spire est donc à même de s'ouvrir lors d'un passage de courant de foudre déterminée I. Selon cette variante de réalisation, les moyens mobiles 6 sont constitués par un contact électrique 11 pourvu d'une tige 12 dont l'extrémité 13 est destinée à être montée à l'intérieur de la spire 10, afin d'être retenue par cette dernière. Le contact 11 est sollicité par un ressort 14 ayant tendance à assurer l'extraction de l'extrémité 13 de la spire 10. Le passage d'un courant de foudre I, de valeur déterminée, conduit à l'ouverture de la spire 10 et, par suite, à la libération de l'extrémité 13 de la tige. Le contact 11 est ainsi déplacé permettant l'activation des moyens de protection et/ou de signalisation 8. La fig. 3A illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les moyens de création de forces électrodynamiques 3 sont constitués par une portion de la ligne électrique 2, aménagée pour comporter deux segments parallèles 2a, 2b réunis par un tronçon de liaison 2c. Les segments parallèles 2a, 2b, qui sont donc parcourus par des courants de sens contraire, se repoussent pour une valeur déterminée du courant circulant sur la ligne 2. L'un des segments, par exemple 2a, est relié par une tresse conductrice souple 15 à la ligne 2, pour autoriser une déformation du segment. Par ailleurs, les deux segments 2a, 2b sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un élément conducteur 16 à dilatation thermique contrôlée. L'élément 2a du circuit, pourvu de la tresse conductrice, est équipé d'un contact électrique formant ensemble les moyens mobiles 6. A la différence des exemples illustrés aux fig. 1 et 2, dans lesquelles les moyens mobiles 6 sont formés par un organe mobile indépendant des moyens 3 de création des forces électrodynamiques, les moyens mobiles 6 illustrés aux fig. 3A et 3B sont formés, au moins en partie, par les moyens de création 3, à savoir les segments de la ligne 2. De plus, dans cet exemple, les moyens mobiles 6 sont déformés et, par suite, déplacés par les moyens 3. Le passage d'un courant de foudre I sur la ligne 2 entraîne la déformation du conducteur autorisant l'écartement progressif des deux segments conducteurs 2a, 2b montés en vis-à-vis. Après un nombre déterminé de coups de foudre, l'élément conducteur 16 est rompu, libérant le segment 2a dont le contact 6 vient actionner les moyens 8 (fig. 3B). Une telle disposition permet de prévoir ou de signaler la fin de vie proche, puis la fin de vie définitive de systèmes parafoudres ayant subis, également, les coups de foudre. La fig. 4 illustre une autre variante de réalisation dans laquelle les moyens de création des forces électrodynamiques 3 sont constitués par deux lamelles 18, 19 isolées électriquement l'une de l'autre. L'une des extrémités des lamelles 18, 19 est raccordée à la ligne 2, tandis que l'autre extrémité des lamelles est aménagée pour être connectée aux bornes d'un composant 20, tel qu'un éclateur ou autre dispositif non linéaire comme une varistance ou un semiconducteur. Les lamelles 18, 19 sont entourées par un collier 22 ne touchant pas les lamelles lors de l'absence de circulation de courants de foudre. Lors de la circulation d'un courant de foudre de valeur prédéterminée, les lamelles 18, 19 se repoussent sous l'action des courants de sens contraire et viennent en contact avec le collier 22. Ainsi, le collier 22 permet de mettre en court-circuit l'éclateur 20 et de détourner une grande partie de l'énergie incidente. La ligne 2 constitue ainsi, par elle-même, les moyens mobiles 6 et les moyens de protection 8 destinés à dériver le courant de foudre de son trajet initial. La fig. 5 illustre un exemple d'application d'un dispositif de détection 1 conforme à l'invention, pour une installation de protection mixte, à savoir énergie et téléphone. Cette installation comprend un circuit d'énergie 2', sur lequel un parafoudre d'énergie 25 est monté, et un circuit de téléphone 2", sur lequel est monté un parafoudre téléphone 26. Sur les portions de lignes comprises entre les parafoudres 25, 26 et la terre, sont montés de façon croisée, deux dispositifs 1' et 1" conformes à l'invention, commandant chacun respectivement un interrupteur 28, 29 monté sur l'autre ligne. Une telle disposition permet d'éviter les remontées de potentiel de terre dangereuses, par l'ouverture de la liaison de terre non soumise au courant de foudre. Une telle maîtrise peut être obtenue dans la mesure où la vitesse de croissance élevée du courant de choc dans un conducteur, permet de déplacer les organes mobiles avec des vitesses très élevées. La fig. 6 illustre un autre exemple d'application du dispositif 1 selon l'invention, permettant de signaler la fin de vie probable d'un parafoudre. Le dispositif 1 selon l'invention est monté à l'intérieur d'un boîtier 30 comportant deux bornes A et B destinées à être raccordées à la phase et au neutre. Le boîtier 30 comporte, également, une borne T reliée à la terre et une borne P connectée à la phase sur laquelle sont montés, en série, une varistance 31 et un éclateur à gaz 32. A l'état normal, les bornes A et B sont isolées. Quand le seuil d'énergie passant dans la liaison P, T dépasse un seuil fixé, un interrupteur 33 commandé par les moyens mobiles 6 permet d'établir une liaison entre les bornes A et B. Le seuil d'énergie provoquant le basculement peut être défini en nombre de chocs de courant admissible d'une valeur fixée. La plage de variation pour un choc admis va de 1 000 à 10 000 A, soit trois chocs de 330 à 3 300 A. Dans une forme de réalisation, il peut être prévu de monter en cascade un deuxième boîtier 30' dont les bornes P et T sont reliées respectivement à la borne T du boîtier 30 et à la terre. Les bornes A et B du boîtier 30' sont connectées respectivement à la phase et à la terre. Un tel montage permet de mettre à la terre, la ligne d'alimentation. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Dispositif pour détecter un courant de foudre circulant sur une ligne électrique (2), caractérisé en ce qu'il comporte - des moyens (3) aménagés sur la ligne électrique pour créer des forces électrodynamiques, lors de la circulation d'un courant de foudre, - des moyens mobiles (6) aménagés pour être sollicités par les moyens de création des forces, de façon à être déplacés ou déformés par les forces électrodynamiques créées par le passage du courant de foudre, - et des moyens (8) de protection et/ou de signalisation destinés à être activés lors du déplacement ou de la déformation des moyens mobiles (6). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création (4) des forces électrodynamiques (3) sont constitués par un circuit électrique de dérivation monté sur une portion de la ligne électrique (2) et aménagé de façon que les courants circulant sur le circuit de dérivation (4) et sur la portion (2l) de la ligne soient de sens contraire. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de création des forces électrodynamiques (3) sont constitués par une portion (10) de la ligne électrique conformée sous la forme d'au moins une spire. 4 - Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de création des forces électrodynamiques (3) sont pourvus d'un élément conducteur (16) à dilatation thermique contrôlée, dont la déformation entraîne le déplacement des moyens mobiles. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mobiles (6) sont formés, au moins en partie, par les moyens de création des forces électrodynamiques. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mobiles (6) sont formés par un organe mobile, indépendant des moyens de création des forces électrodynamiques. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection (8) sont constitués par une partie de la ligne (2) qui assure la mise en court-circuit de composants, la ligne (2) formant par ailleurs, par elle-même, les moyens mobiles (6). 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection (8) comportent un circuit électrique équipé d'un contact électrique commandé en ouverture par les moyens mobiles en vue d'éviter la circulation de courants sur un tel circuit. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection (8) comportent un circuit électrique équipé d'un contact électrique commandé en fermeture par les moyens mobiles, en vue de mettre en court-circuit des composants du circuit. 10 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de protection et/ou de signalisation (8) comportent des moyens d'appréciation du déplacement des moyens mobiles. 11 - Boîtier de détection d'un courant de foudre, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif (1) conforme à la revendication 1, et au moins quatre bornes dont deux sont reliées entre elles, et les deux autres sont aptes à être connectées ensemble par un interrupteur (33) commandé par les moyens mobiles (6) du dispositif (1).