Brevet FR2843243A1 — publié le 20040206

i La présente invention se rapporte à un dispositif de protection d'un réseau de distribution d'énergie électrique contre les surtensions notamment dues à un impact de foudre. Différents types de dispositifs ont été envisagés pour protéger les réseaux de distribution d'énergie électrique contre les surtensions. En particulier, lorsque l'on souhaite protéger une installation contre les effets d'un impact de foudre dans son voisinage immédiat, il est déjà connu de placer un parafoudre de type éclateur à air en tête de cette installation. Un tel dispositif comporte deux électrodes, l'une reliée électriquement à la phase à protéger, et l'autre à un conducteur d'écoulement vers la terre. Ces deux électrodes sont séparées par une lame d'air ou par un intervalle de matière diélectrique. En fonctionnement, lorsqu'un courant de foudre arrive par le conducteur de phase à protéger et crée une surtension atteignant une valeur prédéterminée, il se produit un claquage dans la lame d'air ou le long de la matière diélectrique, et un arc électrique s'établit entre les deux électrodes. Le court-circuit ainsi formé permet l'écoulement du courant de foudre vers la terre. L'avantage de ce type de parafoudre est qu'il permet l'évacuation de courants de foudre très importants, de l'ordre de plusieurs dizaines de kiloampères. Cependant, un tel dispositif présente également deux inconvénients majeurs. Le premier réside dans le fait que l'évacuation du courant par l'intermédiaire d'un arc électrique provoque un dégagement important de gaz chauds, voire de flammes, ce qui peut endommager l'environnement immédiat du dispositif. Le second réside dans le fait que l'arc électrique généré provoque un court-circuit entre la phase et la terre, et que cet arc électrique ne s'éteint pas spontanément après le passage du courant de foudre. Un courant, dit courant de suite, continue alors de s'écouler vers la terre et peut provoquer la mise hors service de l'installation. Pour remédier au premier inconvénient, il a été proposé, notamment dans le document DE 196 04 947, d'encapsuler les deux électrodes dans un boîtier étanche de façon à empêcher l'expulsion de toute matière dangereuse. Néanmoins, de tels dispositifs ne permettent pas de couper efficacement le courant de suite car leur capacité n'excède pas quelques kiloampères. Pour remédier au second inconvénient, il a été proposé, notamment dans les documents DE 44 35 968 et DE 44 39 730, de placer un dispositif de fractionnement, réalisé sous la forme d'un ensemble de plaques métalliques parallèles, au voisinage des électrodes. Des moyens de focalisation sont également prévus pour guider l'arc électrique vers cet ensemble de plaques dans lequel il va se fractionner et se refroidir, ce qui conduira à son extinction et donc à la coupure du courant de suite. Néanmoins, de tels dispositifs de protection ne sont pas encapsulés et provoquent d'importants dégagements de flammes lors de leur fonctionnement. La présente invention a pour objet de résoudre les inconvénients évoqués précédemment, et concerne à cet effet un dispositif de protection d'un réseau de distribution d'énergie électrique contre les surtensions dues notamment à un impact de foudre, ce dispositif de protection comprenant une première électrode reliée électriquement au réseau à protéger, une seconde électrode reliée à un conducteur d'écoulement vers la terre, et des moyens de focalisation apte à guider un arc électrique généré entre les deux électrodes vers un dispositif de fractionnement, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier dans lequel sont logés les deux électrodes, les moyens de focalisation et le dispositif de fractionnement, ce boîtier étant en communication avec l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins un canal d'évacuation conçu de façon à présenter des obstacles internes à l'encontre des dégagements de fluide et de résidus découlant de la formation de l'arc électrique entre les deux électrodes. Ainsi, chacun de ces canaux d'évacuation permet, d'une part, de retenir les éventuelles particules de matières incandescentes à l'intérieur de boîtier, et d'autre part, de faire baisser la pression et donc la température des gaz générés par la formation de l'arc électrique. De plus, les installations sont protégées du courant de suite car un tel dispositif de protection comprend un dispositif de fractionnement. Avantageusement, les obstacles internes présentés par chacun des canaux d'évacuation sont constitués par au moins une chicane pouvant former un angle compris entre 450 et 180 et/ou par au moins un changement de section. Préférentiellement, le dispositif de fractionnement est disposé entre les moyens de focalisation et l'entrée de chacun des canaux d'évacuation. Préférentiellement encore, le dispositif de fractionnement est réalisé à l'aide d'un ensemble de plaques métalliques parallèles. Ces dernières peuvent être alors maintenues à distance les unes des autres à l'aide de deux lames présentant des orifices engagés dans des ergots latéraux portés par chacune des plaques métalliques. Avantageusement, les moyens de focalisation définissent un espace pyramidal inversé entre les électrodes et le dispositif de fractionnement. Préférentiellement, le boîtier est réalisé dans un matériau diélectrique, tel qu'un matériau thermodurcissable ou thermoplastique, comme du polycarbonate. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif de protection selon la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne 11-Il du dispositif de protection représenté à la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un autre dispositif de protection selon l'invention. Un dispositif de protection 1 selon l'invention, tel que 25 représenté aux figures 1 et 2, est constitué à partir d'un boîtier 2 réalisé dans un matériau diélectrique tel qu'un matériau thermodurcissable ou thermoplastique, comme le polycarbonate. Ce boîtier 2 contient notamment deux électrodes 3, 4, des moyens de focalisation 5, un dispositif de fractionnement 6 et deux canaux d'évacuation 7. Plus précisément, une pièce diélectrique 9 est positionnée entre les électrodes 3, 4 qui sont logées dans un espace pyramidal 10 inversé délimité par les moyens de focalisation 5. Ces derniers sont constitués à l'aide, d'une part, de deux pièces conductrices 1i1 inclinées et convergeant, au niveau de leurs extrémités inférieures, vers la pièce diélectrique 9, et d'autre part, de deux plaques conductrices 12 verticales se faisant face de part et d'autre de la pièce diélectrique 9. Une plaque isolante 1 3 est avantageusement intercalée entre les pièces conductrices 11 et les plaques conductrices 1 2. Les pièces conductrices 1 1 se prolongent par des pièces parallèles 1 7; le dispositif de fractionnement 6 est fixé dans le boîtier 2 en surplomb des extrémités supérieures des pièces 11, entre les pièces 17. Ce dispositif de fractionnement 6 est réalisé à l'aide d'un ensemble de plaques métalliques 14 verticales parallèles maintenues à distance les unes des autres au moyen de deux lames 1 5 qui sont situées de part et d'autre des plaques métalliques 14 et qui présentent des orifices engagés dans des ergots 16 latéraux portés par chacune des plaques métalliques 14. Ces plaques 1 4 sont sensiblement parallèles aux pièces 1 7; la distance entre les plaques 14 d'extrémité et les pièces 17 correspondantes est sensiblement identique à l'intervalle séparant les plaques 14. L'une des électrodes 3, 4 est reliée au réseau de distribution d'énergie électrique à protéger, l'autre à un conducteur d'écoulement vers la terre. Les deux canaux d'évacuation 7 correspondent à des évidements prévus au sein du boîtier 2 et sont symétriques par rapport à un plan vertical passant par la pièce diélectrique 9. Ils présentent chacun un premier tronçon 18 horizontal de faible section situé en surplomb des extrémités supérieures des plaques métalliques 14. Ce premier tronçon 18 se transforme en un deuxième tronçon 1 9 vertical à section élargie après passage au travers d'une chicane 20 formant un angle de 900 environ. Le deuxième tronçon 19 débouche dans un troisième tronçon 21 vertical de section encore plus importante possédant un axe de révolution décalé vers le bord du boîtier 2 par rapport à celui du deuxième tronçon 1 9. Enfin, ce troisième tronçon 21 débouche dans un quatrième tronçon 22 vertical de faible section qui, d'une part, est en libre communication avec l'extérieur du boîtier 2, et d'autre part, présente un axe de révolution décalé vers le bord du boîtier 2 par rapport à celui du troisième tronçon 21. En fonctionnement, lorsqu'un courant de foudre par exemple arrive par le conducteur du réseau à protéger et crée une surtension atteignant une valeur prédéterminée, un arc électrique s'établit entre les deux électrodes 3, 4. Cet arc électrique est alors guidé vers le dispositif de fractionnement 6 à l'aide des moyens de focalisation 5 de façon à couper le courant de suite. De plus, les éventuels dégagements de fluide et de résidus découlant de la formation de l'arc électrique sont retenus dans le boîtier 2 à l'aide de la chicane 20 et des changements de section entre les différents tronçons 18, 19, 21, 22 constituant les obstacles internes aux canaux d'évacuation 7. En finalité, ce dispositif de protection 1 ne relâchera dans son environnement immédiat ni matière incandescente, ni gaz brlant. De ce fait, il peut être installé dans la plupart des applications. Un autre dispositif de protection 101 selon l'invention est représenté à la figure 3 et diffère principalement du dispositif de protection 1 par le fait qu'il est doté d'un boîtier 102 comportant deux canaux d'évacuation 107 de forme plus complexe. Chaque canal d'évacuation 107 est réalisé à partir d'un premier tronçon 118 horizontal se transformant, comme exposé précédemment, en un deuxième tronçon 1 1 9 vertical descendant après passage au travers d'une première chicane 120 formant un angle de 900 environ. Ce deuxième tronçon 119 se termine par une deuxième chicane 122 formant un angle de l'ordre de 450, et débouche dans une cavité 121 inférieure orientée vers le centre du boîtier 102. Cette cavité 121 est également connectée à un troisième tronçon 123 vertical ascendant débouchant, après passage au travers d'une troisième chicane 124 formant un angle de 900 environ, dans un quatrième tronçon 125 horizontal de section amoindrie qui est en libre communication avec l'extérieur du boîtier 102. Le fonctionnement général du dispositif de protection 101 reste similaire à celui décrit précédemment. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de protection (1, 101) d'un réseau de distribution d'énergie électrique contre les surtensions dues notamment à un impact de foudre, ce dispositif de protection comprenant une première électrode (3) reliée électriquement au réseau à protéger, une seconde électrode (4) reliée à un conducteur d'écoulement vers la terre, et des moyens de focalisation (5) apte à guider un arc électrique généré entre les deux électrodes vers un dispositif de fractionnement (6), caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier (2, 102) dans lequel sont logés les deux électrodes, les moyens de focalisation et le dispositif de fractionnement, ce boîtier étant en communication avec l'extérieur par l'intermédiaire d'au moins un canal d'évacuation (7, 107) conçu de façon à présenter des obstacles internes à l'encontre des dégagements de fluide et de résidus découlant de la formation de l'arc électrique entre les deux électrodes. 2.- Dispositif de protection (1, 101) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque canal d'évacuation (7) présente au moins une chicane (20, 1 20). 3.- Dispositif de protection (1, 101) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chicane (20, 120) forme un angle compris entre 450 et 1800. 4.- Dispositif de protection (1, 101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque canal d'évacuation (7) présente au moins un changement de section. 5.- Dispositif de protection (1, 101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de fractionnement (6) est disposé entre les moyens de focalisation (5) et l'entrée du canal d'évacuation (7). 6.- Dispositif de protection (1, 101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de fractionnement (6) est réalisé à l'aide d'un ensemble de plaques métalliques (14) parallèles. 7.- Dispositif de protection (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques métalliques (14) sont maintenues à distance les unes des autres à l'aide de deux lames (15) présentant des orifices engagés dans des ergots (16) latéraux portés par chacune des plaques métalliques. 8.- Dispositif de protection (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de focalisation (5) définissent un espace pyramidal (10) inversé entre les électrodes (3, 4) et le dispositif de fractionnement (6). 9.- Dispositif de protection (1, 101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le boîtier (2, 102) est réalisé dans un matériau diélectrique. 10.- Dispositif de protection (1, 101) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le boîtier (2, 102) est réalisé en un matériau thermodurcissable ou thermoplastique, comme du polycarbonate.