Brevet FR2825530A1 — publié le 20021206

L'invention concerne un dispositif de protection contre les surtensions et plus particulièrement un dispositif de protection d'un circuit électrique d'utilisation, contre les surtensions apparaissant sur la ligne d'alimentation de ce circuit. Les surtensions envisagées dans le cadre de l'invention sont les surtensions dues aux parasites ou aux régimes transitoires industriels par exemple, c'est-à-dire les surtensions moyennes, par opposition aux surtensions fortes dues à la foudre. Un premier but de l'invention est de proposer un dispositif de protection contre les surtensions, essentiellement les surtensions moyennes, susceptible d'être monté en parallèle sur la ligne d'alimentation électrique du circuit d'utilisation, pour absorber les surtensions et éviter qu'elles ne détériorent le circuit d'utilisation ou ne provoquent une disjonction inopinée. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de protection contre les surtensions moyennes, susceptible, en outre, d'assurer une disjonction en cas de surtension prolongée. Un autre but encore de l'invention est de proposer un dispositif de protection contre les surtensions moyennes, susceptible, en cas de surtension prolongée, de provoquer une disjonction par la ligne de terre, c'est-à-dire une disjonction différentielle en utilisant la ligne de terre. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de protection contre les surtensions moyennes utilisant la ligne de terre, équipé en outre d'un circuit de blocage des pics de foudre ascendante. Un dernier but enfin de l'invention est de proposer un dispositif de protection contre les surtensions moyennes utilisant la ligne de terre, équipé en outre d'une protection série contre les coups de foudre. L'invention a pour objet un dispositif de protection contre les surtensions, monté entre deux conducteurs d'une ligne électrique d'alimentation d'un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit composé de deux branches en parallèle, une première branche composée en série d'une capacité et d'une varistance et une deuxième branche composée en série d'un éclateur à gaz et d'une thermistance, de sorte que la première branche assure l'absorption des surtensions moyennes dites sans énergie, et que la deuxième branche assure l'absorption des surtensions moyennes dites avec énergie. Selon d'autres caractéristiques : - entre le point milieu de la première branche et le point milieu de la deuxième branche est monté un voyant lumineux en série avec une résistance pour jouer le rôle de témoin de fonctionnement ; - entre le point milieu de la deuxième branche et la borne de terre est montée une varistance, de sorte que, en cas de surtension prolongée, la surtension soit déchargée vers la terre ; - entre le point milieu de la deuxième branche et la borne de terre, ladite varistance est montée en série avec la bobine d'un relais électromagnétique ; - le dispositif de protection comporte en outre un circuit de blocage des pics de foudre ascendante, comprenant, entre la borne de terre et le piquet de terre, d'une part une self bobinée en annulation d'impédance, d'autre part, en parallèle sur ladite self, une tige pointue et une plaque métallique, la pointe de la tige étant distante d'environ 0,1 mm de la plaque de façon à empêcher les remontées de pics de foudre ascendante tout en assurant l'écoulement vers la terre des coups de foudre arrivant sur la ligne d'alimentation ; - le dispositif de protection comporte en outre un circuit de protection série contre les coups de foudre arrivant sur la ligne d'alimentation, constitué de selfs montées respectivement en série sur les conducteurs de la ligne ; - le circuit composé de deux branches en parallèle est monté entre les points milieux desdites selfs. D'autres caractéristiques ressortent de la description qui suit avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma électrique simplifié d'un dispositif de protection selon l'invention appliqué à la protection d'un circuit d'utilisation monté entre phase et neutre ; - la figure 2 est un schéma électrique simplifié selon la figure 1 susceptible en outre d'assurer une disjonction en cas de surtension prolongée ; - la figure 3 est un schéma électrique simplifié selon la figure 2 dans une variante de réalisation ; - la figure 4 est un schéma simplifié d'un circuit de blocage des pics de foudre ascendante ; - la figure 5 est un schéma simplifié d'un dispositif de protection contre les surtensions et comportant un circuit de dérivation des coups de foudre vers la terre. Sur la figure 1, un circuit d'utilisation 1 est alimenté entre un fil de phase P et un fil neutre N. En parallèle sur le circuit d'utilisation 1 est monté un dispositif de protection contre les surtensions moyennes. Ce dispositif est constitué de deux branches en parallèle entre les points 2 et 3. La première branche comporte une capacité 4 et une varistance 5 en série. La deuxième branche comporte un éclateur à gaz 6 et une thermistance 7 en série. Entre les points milieux des deux branches sont montés en série une résistance 8 de forte valeur et un voyant lumineux 9, par exemple une ampoule au néon de faible consommation. La tension entre phase P et neutre N peut être basse ou haute, alternative ou continue. La capacité 4 a une valeur comprise entre 150 et 300 nF par exemple. La varistance 5 a une valeur électrique inférieure d'environ 20 % à la tension entre P et N. La première branche a pour fonction d'assurer l'absorption par la varistance 5 des surtensions parasitaires dites sans énergie, qui traversent la capacité 4. Dans la deuxième branche, l'éclateur à gaz 6 s'amorce à une tension supérieure d'environ 20 % à la tension entre P et N. La thermistance 7 a une valeur ohmique, à la température ambiante, inférieure à 100 ohms, et située entre 5 et 10 ohms par exemple. La deuxième branche a pour fonction d'assurer l'absorption par la thermistance 7 des surtensions diverses dites avec énergie, qui traversent It éclateur 6 par amorçage. Dans la première branche, le courant qui traverse la capacité 4 ne peut parcourir totalement la varistance 5. De ce fait, un courant s'établit entre la capacité 4, la résistance 8, le voyant lumineux 9 et la thermistance 7. Le voyant lumineux 9 sert ainsi de témoin de fonctionnement. Si l'un des composants est hors d'usage, l'extinction du voyant lumineux 9 le signale. Plusieurs dispositifs de sécurité tels que celui de la figure 1 peuvent être montés en parallèle pour augmenter l'efficacité de la protection contre les surtensions. Dans les autres figures, les mêmes composants que sur la figure 1 sont désignés par les mêmes références. Sur la figure 2, entre d'une part le point milieu 11 de la deuxième branche, placé entre l'éclateur 6 et la thermistance 7, et d'autre part la borne de terre T, est disposée une varistance 10. La varistance 10 a une valeur électrique supérieure d'environ 20 % à la tension entre P et N. En l'absence de surtension, la tension du point milieu 11 est voisine de zéro, qui est la tension du neutre N. Lorsque survient une surtension prolongée, c'est-à-dire d'une certaine durée, l'éclateur 6 devient conducteur, le passage du courant dans la thermistance 7 provoque une élévation de la température et une élévation rapide de la résistance de la thermistance 7, qui entraîne une élévation de la tension du point milieu 11. Lorsque la tension au point 11 atteint la tension d'ouverture de la varistance 10, il y a décharge de cette tension vers la terre T, ce qui provoque le déclenchement du disjoncteur différentiel de protection du circuit d'utilisation 1. Ainsi, il n'y a pas déclenchement inopiné du disjoncteur général du circuit d'utilisation 1 chaque fois qu'une surtension apparaît, mais déclenchement différé du disjoncteur différentiel en cas de surtension prolongée, c'est-à-dire d'une certaine durée. La disposition de la varistance 10 entre le point milieu 11 et la terre T n'a pas pour objet d'utiliser la ligne de terre pour éliminer une surtension vers le sol, mais d'utiliser la dérivation vers la terre du courant résultant de la surtension pour provoquer l'action mécanique de coupure du disjoncteur différentiel placé sur la ligne électrique, en amont du circuit d'utilisation 1. Sur la figure 3, la varistance 10 est montée, entre le point milieu 11 de la deuxième branche et le neutre N, en série avec la bobine 12 d'un relais électro-magnétique susceptible de commander la coupure de la ligne électrique d'alimentation du circuit d'utilisation, par exemple. La varistance 10 peut être reliée à un thyristor ou à tout autre composant techniquement équivalent, pour assurer une coupure ou une mise en conduction en cas de surtension prolongée, ou non absorbable par la thermistance 7. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la borne de terre n'est pas utilisée. Le dispositif de protection décrit aux figures 1 à 3 est monté en parallèle entre deux conducteurs. Il peut être monté entre phase P et neutre N, entre phase P et terre T, ou entre neutre N et terre T. Dans tous les cas, plusieurs dispositifs de protection peuvent être placés en parallèle pour augmenter l'efficacité de la protection. Par ailleurs, il est prévu de monter un ou plusieurs dispositifs de sécurité d'une part entre phase P et terre T, d'autre part entre neutre N et terre T. La figure 4 représente un circuit de blocage des pics de foudre ascendante, c'est-à-dire un circuit supplémentaire de protection contre les pics de tension, produits par la foudre ascendante, qui sont susceptibles de remonter du sol. Entre la borne de terre T du dispositif de protection contre les surtensions moyennes de la figure 2, par exemple, et le piquet de terre 13, le circuit supplémentaire de protection contre les pics de foudre ascendante comprend d'une part une self 14 bobinée en annulation d'impédance, pour moitié dans un sens et pour moitié en sens inverse, et d'autre part, en parallèle sur la self 14, une tige de cuivre pointue 15 et une plaque métallique 16. La plaque métallique 16 est reliée d'une part au piquet de terre 13 et d'autre part à une borne de la self 14. La tige de cuivre 15 est reliée à la borne de terre T du dispositif de protection et à l'autre borne de la self 14. La pointe de la tige de cuivre 15 est disposée en face de la plaque métallique 16, à l'opposé de la liaison au piquet de terre 13. La distance entre la pointe de la tige 15 et la plaque 16 est par exemple de 0,1 mm environ. Au dessus de la plaque est prévue une enveloppe isolante 17 à l'intérieur de laquelle sont logées la tige 15 et la self 14, qui sont noyées dans un matériau isolant, de préférence réfractaire et compact. Les pics de foudre ascendante remontant du piquet de terre 13 se présentent sous forme de surtensions multifréquences brèves qui se répartissent entre la plaque métallique 16 et la self 14. En l'absence de connexion entre la plaque 16 et la pointe de la tige 15, ces surtensions ne remontent pas par la tige 15 vers la borne T et le dispositif de protection. Dans la self 14, ces surtensions sont amorties et bloquées et ne peuvent pas remonter vers la borne T. Le circuit de blocage joue donc bien son rôle contre les pics de foudre ascendante. En cas de coup de foudre arrivant par la ligne d'alimentation des circuits des figures 1 à 3, la surtension élevée est appliquée à la borne T par le dispositif de protection. Cette surtension est bloquée par la self 14 mais s'écoule vers le piquet de terre 13 par la tige 15 et la plaque métallique 16, en raison de l'effet de pointe de la tige 15. La résistance électrique de la self 14 et son impédance à 50 Hz sont négligeables et dans les nonnes de sécurité des lignes de terre. De ce fait, le circuit de blocage des pics de foudre ascendante n'apporte pas de limitation à la sécurité de l'installation. La figure 5 représente un dispositif de protection parallèle contre les surtensions moyennes, analogue à celui des figures 1 à 3, équipé en outre d'une protection série contre les coups de foudre. Cette protection série est assurée par des selfs 18,19, montées respectivement en série sur les conducteurs de phase P et neutre N, entre la ligne d'alimentation électrique et le circuit d'utilisation 1 (non représenté). Le dispositif de protection contre les surtensions est monté en parallèle entre les points milieux des selfs 18 et 19. Les selfs sont à bobinage classique, avec ou sans noyau magnétique. Le montage de la figure 5 est particulièrement efficace pour les lignes délivrant des tensions hautes ou basses, alternatives ou continues, monophasées ou triphasées. Dans ce mode de réalisation, la borne de terre T est avantageusement reliée au circuit de blocage des pics de foudre ascendante de la figure 4. REVENDICATIONS 1. Dispositif de protection contre les surtensions, monté entre deux conducteurs d'une ligne électrique d'alimentation d'un circuit d'utilisation, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un circuit composé de deux branches en parallèle, une première branche composée en série d'une capacité (4) et d'une varistance (5) et une deuxième branche composée en série d'un éclateur à gaz (6) et d'une thermistance (7), de sorte que la première branche assure l'absorption des surtensions moyennes dites sans énergie, et que la deuxième branche assure l'absorption des surtensions moyennes dites avec énergie. 2. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre le point milieu de la première branche et le point milieu de la deuxième branche est monté un voyant lumineux (9) en série avec une résistance (8) pour jouer le rôle de témoin de fonctionnement. 3. Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre le point milieu (11) de la deuxième branche et la borne de terre (T) est montée une varistance (10), de sorte que, en cas de surtension prolongée, la surtension soit déchargée vers la terre. 4. Dispositif de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce que, entre le point milieu (11) de la deuxième branche et la borne de terre (T), ladite varistance (10) est montée en série avec la bobine (12) d'un relais électromagnétique. 5. Dispositif de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de blocage des pics de foudre ascendante, comprenant, entre la borne de terre (T) et le piquet de terre (13), d'une part une self (14) bobinée en annulation d'impédance, d'autre part, en parallèle sur ladite self (14), une tige pointue (15) et une plaque métallique (16), la pointe de la tige (15) étant distante d'environ 0,1 mm de la plaque (16) de façon à empêcher les remontées de pics de foudre ascendante tout en assurant l'écoulement vers la terre des coups de foudre arrivant sur la ligne d'alimentation. 6. Dispositif de protection selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit de protection série contre les coups de foudre arrivant sur la ligne d'alimentation, constitué de selfs (18,19) montées respectivement en série sur les conducteurs de la ligne. 7. Dispositif de protection selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit composé de deux branches en parallèle est monté entre les points milieux desdites selfs (18,19).