Brevet FR2839822A1 — publié le 20031121

bornes compactes et le barreau (4) vent portes par un support commun. La presente invention se rapporte a un dispositif de protection d'un reseau de distribution d'energie electrique contre des surtensions transitoires. Les reseaux de distribution d'energie electrique peuvent etre le siege de deux principaux types de surtensions. D'une part, les surtensions transitoires qui vent principalement creees par les impacts de foudre sur ou a proximite des lignes et des installations electriques, dont la duree est de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de microsecondes, et dont ['amplitude peut exceder une dizaine de kilovolts. D'autre part, les surtensions temporaires qui vent dues a des defauts dans le reseau, notamment a la suite de la transmission vers le reseau basse tension de defauts se produisant dans le reseau moyenne tension, dont la duree peut varier de plusieurs millisecondes a plusieurs minutes, et dont ['amplitude n'excede pas 1500 volts pour un reseau 230/400 volts. Les dispositifs de protection des reseaux electriques ont pour but de proteger ces derniers contre les surtensions transitoires, les surtensions temporaires, du fait de leur faible amplitude, etant compatibles avec la tenue dielectrique des equipements et materiels raccordes. II n'est done pas souhaitable que les dispositifs de protection se declenchent en cas de surtension temporaire car la mise en court-circuit direct avec la terre peut entraner des consequences dommageables. Les dispositifs de protection appartenant a l'etat de la technique repondent a cette condition en ne se declenchant, pour un reseau 230/400 volts, qu'a partir d'un seuil de surtension superieur a 1500 volts correspondent a ['amplitude maximale d'une surtension temporaire. Neanmoins, entre le moment ou une surtension transitoire est detectee et le moment ou les dispositifs de protection vent veritablement actifs, la surtension a deja atteint des valeurs de l'ordre de 2500-3000 volts et peut generer des degats importants. La presente invention a pour objet de repondre aux problemes evoques precedemment, et concerne a cet effet un dispositif de protection d'un reseau de distribution d'energie electrique contre les surtensions transitoires, qui ne se declenche pas dans le cas d'une surtension temporaire, mais qui ecrete ies surtensions transitoires a un niveau tres teas. Pour ce faire, un dispositif de protection selon ['invention comprend un systeme de discrimination apte a mesurer dans le reseau le taux de variation de la tension en fonction du temps et, si ce dernier est superieur a une valeur predeterminee, a mettre ce reseau en liaison electrique avec au moins un composant conducteur relic a la terre. En effet, dans un reseau 230/400 volts par exemple, compte tenu des durees et amplitudes respectives d'une surtension transitoire et d'une surtension temporaire, le taux de variation de la tension en fonction du temps, ci-apres nomme du/dt, est respectivement de l'ordre de 107 a 108 volts par seconde dans le cas d'une surtension transitoire, et de 106 volts par seconde dans le cas d'une surtension temporaire de frequence 50 Hertz queue que soit sa duree. II y a done au moins une grandeur d'ecart entre le du/dt d'une tension transitoire et le du/dt d'une surtension temporaire, et il est ainsi possible de definir une valeur predeterminee intercalaire permettant de definir de fa,con gable a quel type de surtension est soumis le reseau. Le systeme de discrimination, qui mesure constamment le du/dt dans le reseau, est alors apse, lorsque le du/dt est superieur a cette valeur pr,edeterminee, a mettre ledit reseau en liaison electrique avec au moins un composant conducteur relic a la terre. Ce dispositif de protection reste par consequent inactif dans le cas d'une surtension temporaire, et presente l'avantage de se declencher avant que la surtension transitoire ne soit effective dans le reseau, ce qui autorise un ecretage des lors que la valeur seuil est depassee dans le reseau. Avantageusement, le systeme de discrimination comprend un filtre passebas. Ce dernier peut etre realise a ['aide de composants electroniques analogiques, du type resistance et condensateur, mais egalement par des methodes de traitement numerique du signal connues de l'homme du metier. Selon un mode de realisation de ['invention, chaque composant conducteur est constitue par un eclateur muni d'une electrode d'amor,cage reliee au systeme de discrimination. Selon une premiere variante de realisation, le systeme de discrimination et lteclateur vent montes en eerie. Selon une seconde variante de realisation, le systeme de discrimination et l'eclateur vent montes en parallele. Selon un autre mode de realisation de ['invention, chaque composant conducteur est constitue par une varistance. Preferentiellement, cheque varistance est reliee a un dispositif de commutation commande par le systeme de discrimination, ce dispositif de commutation pouvant consister en un thyristor ou en tout autre moyen de commutation suffisamment rapide. Selon une premiere variante de realisation, le systeme de discrimination et la varistance vent montes en eerie. Selon une seconde variante de realisation, le systeme de discrimination et la varistance vent montes en parallele. L'invention sera mieux comprise a ['aide de la description detaillee qui est exposee ci-dessous en regard du dessin annexe dans lequel: La figure 1 est un diagramme comparatif representant ['evolution au cours du temps d'une tension nominale 50 hertz, d'une surtension temporaire et d'une surtension transitoire. La figure 2 est une vue schematique d'un circuit electrique dans loquel est integre un dispositif de protection selon ['invention comprenant un systeme de discrimination et un eclateur montes en eerie. La figure 3 est similaire a la figure 2, a la seule difference que le systeme de discrimination et l'eclateur vent montes en parallele. La figure 4 est une vue schematique d'un circuit electrique dans lequel est integre un autre dispositif de protection selon ['invention comprenant un systeme de discrimination et une varistance montes en eerie. La figure 5 est similaire a la figure 4, a la seule difference que le systeme de discrimination et la varistance vent montes en parallele. Dans le diagramme represente a la figure 1, une premiere courbe A d'amplitude constante materialise ['evolution de la tension nominale 50 hertz au cours du temps. Cette courbe A presente des sommets 100 qui vent tous inferieurs a la valeur 1500 volts. Une deuxieme courbe B correspond a ['evolution d'une tension temporaire au cours du temps. Cette courbe B est egalement d'amplitude constante mais elle possede des sommets 200 legerement superieurs a la valeur 1500 volts. Enfin, une troisieme courbe C materialise ['evolution au cours du temps d'une surtension provisoire. II est alors possible de constater qu'une telle surtension provisoire est tres breve dans le temps, mais qu'elle presente un pic 300 source de dommages depassant tres largement la valeur 1500 volts. Le circuit electrique represente de facon schematique a la figure 2 comprend un reseau 230/400 volts, constitue par un cable 1 distributeur d'energie electrique, sur lequel est connecte un dispositif de protection 2 selon ['invention raccorde a la terre 3. Plus precisement, le dispositif de protection 2 est constitue par un systeme de discrimination 4 et un eclateur 5 montes tous deux en sbrie, I'eclateur 5 etant directement relic a la terre 3. Le systeme de discrimination 4 contient un filtre passe-bas analogique (non represente), et l'eclateur 5 comporte, d'une part, deux eieGtrodes 6, 7, et d'autre part, une electrode d'amor,cage 8 reliee electriquement au systeme de discrimination 4. Le filtre passe-bas analogique est choisi pour n'etre passant que lorsque le taux de variation de la tension en fonction du temps (du/dt) mesure dans la cable 1 est superieur ou egal a une valeur predeterminee de 107 volts par seconde, ctest-a-dire lorsque le du/dt correspond de fa,con certaine a une surtension transitoire. Par consequent, tent que le du/dt mesure est inferieur a cette valeur predeterminee, le dispositif de protection 2 reste inactif. Lorsque, par exemple a la suite d'un impact de foudre, le filtre passebas analogique detecte dans le cable 1 un du/dt superieur a cette valeur predeterminee, ce dernier delivre une impulsion de tension qui est transmise a l'eclateur 5 par le biais de ['electrode d'amor,cage 8. Cette derriere donne alors naissance a un arc auxiliaire permettant d'ioniser le milieu environnant les electrodes 6, 7, ce qui provoque l'amorcage de l'eclateur 5. II est a noter que cette impulsion de tension pourrait egalement etre envoyee a ['electrode d'amor,cage 8 par l'intermediaire d'un amplificateur. Par ailleurs, pour obtenir cette ionisation, il pourrait egalement etre envisage d'utiliser une source lumineuse ou une source laser commandee par le systeme de discrimination 4 en lieu et place de ['electrode d'amorgage 8. Lorsque l'eclateur 5 devient actif et done apte a decharger la quantite d'energie electrique due a la surtension transitoire, cette derriere vient juste d'atteindre une valeur legerement superieure a 1500 volts dans le cable 1. Un tel dispositif de protection 2 autorise done un ecretage a un niveau tres teas. Bien que la description se rapporte plus specialement a un reseau 230/400 volts, il est evident qu'un dispositif de protection selon la presente invention, moyennant quelques amenagements a la portee de l' hom me d u metier, peut s'appl iq uer quel q u e soit le type du reseau a proteger. Le circuit electrique represente de fa,con schematique a la figure 3 differe de celui represente a la figure 2 uniquement par le fait que le systeme de discrimination 4 et lteclateur 5 vent montes en parallele, le systeme de discrimination 4 etant alors egalement relic a la terre 3. Le fonctionnement du dispositif de protection 102 reste similaire a celui decrit precedemment. Le circuit electrique represente a la figure 4 comprend un reseau 230/400 volts, constitue par un cable 201 distributeur d'energie electrique, sur lequel est connecte un dispositif de protection 202 selon ['invention raccorde a s la terre 203. Plus precisement, le dispositif de protection 202 comprend un systeme de discrimination 204 contenant un filtre passebas analogique (non represente) et une varistance 205 montes en eerie, la varistance 205 etant reliee a la terre 203. Toute varistance presentant ['inconvenient de se degrader prematurement lorsqu'elie est alimentee continuellement par un courant electrique, un dispositif de commutation 210, constitue avantageusement par un thyristor commande par le systeme de discrimination 204, est egalement prevu. Ce dispositif de commutation 210 ne peut etre rendu passant que lorsque le systeme de discrimination 204 a detecte un du/dt superieur a la valeur predeterminee dans le cable 201. Comme precedemment, lorsque le filtre passe-bas analogique detecte dans le cable 201 un du/dt superieur a la valeur predeterminee, ce dernier agit sur le thyristor de fa,con a ce que celui-ci autorise la mise en liaison electrique de la varistance 205 avec la cable 201. La varistance 205 est alors soumise a la tension du cable 201 et permet d'eviter tout dommage pouvant etre genere la surtension transitoire. Le circuit electrique represente de fa,con schematique a la figure 5 differe de celui represente a la figure 4 uniquement par le fait que le systeme de discrimination 204 et la varistance 205 vent montes en parallele, le systeme de discrimination 204 etant alors egalement relic a la terre 203. Le fonctionnement de ce dispositif de protection 302 reste similaire a celui decrit precedemment. Un dispositif de protection (non represente) selon la presente invention constituent une variante des dispositifs de protection 202, 302 peut comprendre un systeme de discrimination a logique inversee. Dans ce cas la, la varistance est en permanence dans le circuit electrique et elle n'en est deconnectee que lors d'une surtension temporaire. Le systeme de discrimination doit done se declencher lorsque la surtension mesuree dans le reseau presente un taux de croissance suffisamment faible pour garantir qu'il s'agit bien d'une surtension temporaire et non d'une surtension provisoire. La varistance est alors moins protegee contre le vieillissement, mais en cas de defaillance du systeme de discrimination, on se retrouve avec un dispositif de protection classique. Pour une telle configuration, du fait de la plus faible frequence de la surtension temporaire, le dispositif de commutation qui doit permettre la deconnexion de la varistance n'a plus besoin d'etre aussi rapide, et il slots possible de choice an composant cou[ant pea coOteux tel qu'un ... m e[omecanlque. 8ien que l'invention Bit AtA dAc[lte en liaison avec des examples pshiculie[s de [causation, ii est bien Avident qu'elle n'y eat nuDement Omitbe et qua' Impend Bus les Aquin techniques des mavens dAcM asi qua leum comblnaisons sl ceNes-ci ent[ent dens cadre de hnvendon. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de protection (2, 102, 202, 302) d'un reseau (1, 201) de distribution d'energie electrique contre des surtensions transitoires, caracterise en ce qu'il comprend un systeme de discrimination (4, 204) apte a mesurer dans le reseau le taux de variation de la tension en fonction du temps et, si ce dernier est superieur a une valeur predeterminee, a mettre ce reseau en liaison electrique avec au moins un composant conducteur (5, 205) relic a la terre (3, 203). 2.- Dispositif de protection (2, 102, 202, 302) selon la revendication 1, caracterise en ce que le systeme de discrimination (4, 204) comprend un filtre passe-bas. 3.- Dispositif de protection (2,102) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que chaque composant conducteur est constitue par un eclateur (5) muni d'une electrode d'amor,cage (8) reliee au systeme de discrimination (4). 4.- Dispositif de protection (2) selon la revendication 3, caracterise en ce que le systeme de discrimination (4) et l'eclateur (5) vent montes en sene. 5.- Dispositif de protection (102) selon la revendication 3, caracterise en ce que le systeme de discrimination (4) et l'eclateur (5) vent montes en parallele. 6.- Dispositif de protection (202, 302) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que chaque composant conducteur est constitue par une varistance (205). 7.- Dispositif de protection (202, 302) selon la revendication 6, caracterise en ce que chaque varistance (205) est reliee a un dispositif de commutation (210) commande par le systeme de discrimination (204). 8.- Dispositif de protection (202, 302) selon la revendication 7, caracterise en ce que le dispositif de commutation est constitue par un thyristor. 9.- Dispositif de protection (202) selon l'une quelconque des revendications 6 a 8, caracterise en ce que le systeme de discrimination (204) et la varistance (205) vent montes en eerie. 10.- Dispositif de protection (302) selon rune quelconque des revendications 6 a 8, caracterise en ce que le systems de discrimination (204)