Brevet FR2851369A1 — publié le 20040820

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine des appareillages électriques de sécurité équipant plus particulièrement les installations alimentées par le réseau de distribution public basse tension, notamment les appareillages de protection contre les surtensions dues à la foudre, et a pour objet un ensemble de protection destiné à cet effet. L'invention propose plus particulièrement un ensemble réalisant la protection contre les court-circuits des parafoudres à base de varistances. Actuellement, la protection contre les surtensions d'une installation électrique est fréquemment réalisée par l'intermédiaire d'un 10 parafoudre à base de varistances. A cette protection sont systématiquement associées une protection contre les court-circuits et une protection thermique. L'ensemble de ces fonctions est réalisé par l'intermédiaire de dispositifs communément appelés déconnecteurs, conformément aux normes en vigueur. Ces déconnecteurs peuvent être intégrés au parafoudre 15 ou être des dispositifs externes à ce dernier. En outre, une protection de la canalisation en dérivation, contre les surcharges et les court-circuits, est également requise en ce qui concerne le respect de la norme française en matière d'installation. Dans un mode de raccordement traditionnel actuel, les moyens 20 de protection connus sont raccordés entre conducteurs actifs et terres par liaison d'un moyen de protection contre les court-circuits et les surcharges et de protection de canalisation sur un conducteur émanant, par exemple, d'un disjoncteur de branchement et par raccordement en série, entre ce moyen de protection et la terre, d'un moyen parafoudre, déconnecteur 25 thermique et de signalisation, ces moyens étant montés en amont de l'installation à protéger. Ainsi, ces moyens garantissent une tension maximale de protection de l'installation Up sous une capacité nominale de décharge In, Up et In étant les performances de ce système. Lors d'un emballement thermique d au vieillissement et à l'augmentation du courant de fuite de la varistance du moyen parafoudre, une protection thermique déconnecte ladite varistance. Le moyen permettant cette première déconnexion est très souvent intégrée au moyen parafoudre et est réalisée sous la forme d'une soudure basse température entre deux contacts sous contrainte mécanique élastique. L'élévation de température de la varistance fait fondre la soudure et, du fait de la contrainte élastique s'exerçant sur l'un des contacts, la séparation des contacts s'effectue instantanément. Un moyen de signalisation visuel est 5 généralement couplé mécaniquement ou électriquement à ce déconnecteur thermique pour indiquer la fin de vie de la varistance et la nécessité de son remplacement. Cette signalisation visuelle peut être remplacée ou être couplée à une signalisation à distance. La protection contre les court-circuits protège l'ensemble de 10 l'installation en aval contre une fin de vie dangereuse du parafoudre sous forme d'un court-circuit franc. Dans un tel cas, cette protection déconnecte ledit parafoudre de l'installation pour assurer la continuité de service de celle-ci. La déconnexion ainsi réalisée est obtenue par un fusible ou par un disjoncteur. Actuellement, la déconnexion par disjoncteur tend à se 15 généraliser et ce disjoncteur protège également la canalisation en dérivation du parafoudre conformément à la norme d'installation française en vigueur. Lorsque la deuxième déconnexion est réalisée à partir d'un disjoncteur, on se trouve en présence d'un schéma électrique, dans lequel la partie de protection de l'installation à protéger met en oeuvre un disjoncteur 20 remplissant les fonctions de protection contre les court-circuits et les surintensités et un moyen parafoudre, déconnecteur thermique et signalisation raccordé entre la sortie du disjoncteur et la terre. Une telle installation présente l'inconvénient d'être complexe et d'être la source de possibilités d'erreurs de câblage en découlant. De plus, 25 cette installation écoulant des courants d'intensité de crête très importante, à savoir de l'ordre de 40 kA en onde 8/20 ou plus, l'inductance des câbles exerce un rôle important au niveau des performances de protection de l'installation. Il en résulte la nécessité de réaliser le câblage de manière très soignée, selon des règles précises, afin de minimiser les effets d'inductance. 30 Or, ces règles ne sont pas toujours maîtrisées par les installateurs. En outre, dans les installations connues de ce type, indépendamment de l'utilisation d'un fusible ou d'un disjoncteur, la signalisation dépend du mode de défaillance de la varistance. Ainsi, si la varistance entre en emballement thermique, la signalisation s'effectue sur le 35 parafoudre, du fait que le déconnecteur thermique entre en fonction. Si par contre la varistance se met en court-circuit franc, suite à l'écoulement d'un courant de foudre, alors l'élément de protection contre les courtcircuits - 3 déconnecte la varistance provoquant, soit la fusion du fusible, soit le déclenchement du disjoncteur. Dans le premier cas, le fusible fond et aucune signalisation n'est effectuée, alors que l'installation n'est plus protégée. Il serait donc 5 nécessaire ici de rajouter un dispositif de signalisation supplémentaire, qui rendrait l'installation plus complexe et plus coteuse. Dans le deuxième cas, le déclenchement du disjoncteur est uniquement signalé par la position de sa manette d'armement et là encore une signalisation supplémentaire rendrait l'installation plus complexe et 10 plus coteuse. De plus, la signalisation par la position de la manette n'attire pas forcément l'oeil, en particulier si le disjoncteur n'est pas installé à proximité immédiate du parafoudre. Les inconvénients ci-dessus sont dus à deux redondances dans l'installation, à savoir qu'il existe deux fonctions d'ouverture du circuit qui 15 ne sont pas liées et qu'il existe également deux fonctions de signalisation qui ne sont pas non plus liées, à savoir la signalisation du parafoudre et celle par la manette du disjoncteur. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un ensemble de protection contre les surtensions dues à la foudre 20 permettant de réaliser une déconnexion thermique et la protection contre les court-circuits tout en assurant de manière fiable la signalisation de son état de fonctionnement. A cet effet, l'ensemble de protection contre les surtensions dues à la foudre est caractérisé en ce qu'il est constitué par une combinaison d'un 25 bloc parafoudre et d'un disjoncteur reliés en un ensemble constructif compact. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués avec référence aux dessins 30 schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est un schéma électrique de l'ensemble conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en perspective représentant un montage de l'ensemble suivant la figure 1; la figure 3 est une vue en plan d'une variante de réalisation de l'ensemble suivant la figure 2; - 4 la figure 4 est un schéma électrique analogue à celui de la figure 1 d'une variante de réalisation de l'ensemble conforme à l'invention; la figure 5 est une représentation analogue à celle de la figure 2 de l'ensemble de la figure 4; la figure 6 est un schéma électrique d'une autre variante de réalisation de l'invention, et les figures 7 et 8 représentent deux autres variantes de réalisation selon le schéma électrique de la figure 6. La figure 1 des dessins annexés représente, à titre d'exemple, un 10 ensemble de protection contre les surtensions dues à la foudre, qui est constitué, conformément à l'invention, par une combinaison d'un bloc parafoudre 1 et d'un disjoncteur 2 reliés en un ensemble constructif compact. Le schéma selon la figure 1 représente un disjoncteur 2 muni de 15 deux pôles protégés reliés à un bloc parafoudre 1 bipolaire. L'ensemble conforme à l'invention est monté en amont d'une installation à protéger 3 sur des conduites d'alimentation (L et N) issues, par exemple, d'un disjoncteur de branchement non représenté. La représentation selon le schéma de la figure 1 convient donc à une installation monophasée mais le 20 principe selon l'invention est adaptable à des installations électriques présentant d'autres caractéristiques (régime de neutres, monophasé, ou triphasé). Le bloc parafoudre 1 comporte essentiellement un déconnecteur thermique 11, une varistance 12 et un moyen de signalisation 25 visuelle 14 disposés dans une cartouche 15 embrochable électriquement et mécaniquement dans le socle du bloc 1. La figure 2 des dessins annexés représente, en perspective, un assemblage mécanique et électrique de l'ensemble conforme à l'invention correspondant au mode de réalisation suivant le schéma de la figure 1. Dans 30 ce mode de réalisation, les connexions électriques entre le bloc parafoudre 1 et le disjoncteur 2 ne sont pas représentés, mais sont réalisés de manière connue par l'intermédiaire de barrettes de connexion ou de câbles. La figure 3 des dessins annexés représente une variante de réalisation du montage suivant la figure 2, dans laquelle le bloc parafoudre 35 1 est avantageusement pourvu d'un moyen intégré de connexion électrique et mécanique faisant corps avec ledit bloc 1 et présentant un décrochement de forme 1' muni d'au moins un moyen de raccordement électrique et/ou mécanique destiné à coopérer électriquement avec une extrémité du disjoncteur 2, ledit disjoncteur 2 se logeant dans le décrochement de forme 1' contre le bloc parafoudre 1. La figure 4 des dessins annexés représente un autre mode de 5 réalisation de l'invention, dans lequel le bloc parafoudre 1 comporte, en outre, un éclateur 16 et est couplé à un disjoncteur 2 présentant un seul pôle protégé. Dans ce mode de réalisation la branche parafoudre neutre (N) Terre, qui comporte l'éclateur 16, dont la fin de vie n'est pas un courtcircuit, ne nécessite ni déconnecteur thermique, ni déconnecteur contre les 10 court-circuits. Le fait d'utiliser un pôle non protégé au niveau du disjoncteur 2 permet l'obtention d'une plus grande compacité de l'ensemble conforme à l'invention. Un montage de l'ensemble mettant en oeuvre le schéma électrique selon la figure 4 est représenté à la figure 5 des dessins annexés. 15 Dans ce mode de réalisation, le bloc parafoudre 1 ne comporte plus qu'une seule cartouche 15 incorporant la varistance et le déconnecteur thermique associé, l'éclateur pouvant, dans ce cas de figure, être logé dans le bloc 1. Cette possibilité de logement de l'éclateur 16 dans le bloc 1 est due au fait que ledit bloc 1 ne nécessite plus de cage de connexion à vis sur son côté de 20 connexion électrique au disjoncteur, par coopération de forme. En outre, le mode de réalisation selon les figures 4 et 5 permet aussi d'assurer une protection différentielle entre phase et neutre. La figure 6 des dessins annexés représente un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'ensemble de protection comporte 25 deux fonctions d'ouverture du circuit qui sont liées, ainsi que deux fonctions de signalisation également liées. Ainsi, il est possible d'intégrer dans le même ensemble les fonctions de déconnexion thermique et de courtcircuit, ainsi qu'une signalisation, visuelle ou à distance, de fin de vie du parafoudre, dépendante à la fois de la fonction déconnexion thermique et de 30 la fonction protection contre les court-circuits du parafoudre et de la canalisation et une fonction d'ouverture du circuit, à savoir des contacts de la serrure du disjoncteur 2 ou autre, dépendante à la fois de la fonction déconnexion thermique et de la fonction protection contre les court-circuits. Les figures 7 et 8 des dessins annexés représentent deux 35 schémas électriques possibles d'application du mode de réalisation selon le schéma de la figure 6. - 6 Ainsi, dans le mode de réalisation selon la figure 7, l'élément thermique 21 ou bilame du disjoncteur 2 est relié thermiquement à la varistance 12 du bloc parafoudre 1 par une liaison thermique 100. Ainsi, même si le bilame 21 du disjoncteur 2 ne subit pas une déviation suffisante 5 lorsqu'il est traversé par les courants apparaissant lors de l'emballement thermique de la varistance 12, la liaison thermique entre ladite varistance 12 et le bilame ou élément thermique 21 engendre une déviation suffisante pour provoquer le déclenchement de la serrure du disjoncteur 2. Le bilame du disjoncteur 2 ne transporte pas forcément un courant, de sorte qu'il 10 n'entraîne pas de contrainte particulière de réalisation et que les cots correspondants n'en sont pas affectés. Dans le mode de réalisation selon la figure 8, le déconnecteur thermique 11 du bloc parafoudre 1 est relié à la varistance 12 par l'intermédiaire d'une liaison thermique 100 et est constitué par une soudure 15 basse température coopérant avec un moyen mécanique 22 sous forme d'une lame élastique déclenchant la serrure du disjoncteur 2 après fusion du déconnecteur thermique i1. La lame élastique formant le moyen mécanique 22 peut, par exemple, être encastrée par une extrémité et être soudée par son autre 20 extrémité sur le déconnecteur thermique 11, de sorte que, lors de la fusion de ce dernier, l'extrémité libérée de la lame peut se déplacer élastiquement pour heurter un ergot de déclenchement de la serrure du disjoncteur 2. La fusion du déconnecteur thermique 11 peut être réalisée sous l'effet de la chaleur d'un emballement thermique de la varistance 12. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, non représentée aux dessins annexés, le bloc parafoudre 1 et le disjoncteur 2 peuvent également être constitués sous forme d'un bloc unique renfermant toutes les fonctions du disjoncteur et du parafoudre et comportant une cartouche interchangeable pour les fonctions déconnecteur thermique, 30 varistance et signalisation de la partie parafoudre. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un ensemble de protection contre les surtensions dues à la foudre de construction compacte et permettant d'obtenir une signalisation cohérente, tout en assurant la continuité du service et en étant d'installation aisée. Par ailleurs, l'invention permet une optimisation de l'utilisation du disjoncteur qui peut spécialement être conçu pour réaliser les fonctions de protection thermique contre les court-circuits et de déconnexion - 7 thermique, de sorte que les performances de l'ensemble sont améliorées, notamment en termes de tension résiduelle, la longueur de câblage étant sensiblement réduite et la chute de tension étant optimisée lors de l'écoulement d'un courant de foudre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble de protection contre les surtensions dues à la foudre caractérisé en ce qu'il est constitué par une combinaison d'un bloc parafoudre (1) et d'un disjoncteur (2) reliés en un ensemble constructif compact. 2. Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc parafoudre (1) est pourvu d'un moyen intégré de connexion électrique et mécanique faisant corps avec ledit bloc (1) et présentant un décrochement de forme (1') muni d'au moins un moyen de raccordement électrique et/ou mécanique destiné à coopérer électriquement avec une 10 extrémité du disjoncteur (2), ledit disjoncteur (2) se logeant dans le décrochement de forme (1') contre le bloc parafoudre (1). 3. Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bloc parafoudre (1), qui comporte essentiellement un déconnecteur thermique (11), une varistance (12) et un moyen de signalisation visuelle 15 (14) disposés dans une cartouche (15) embrochable électriquement et mécaniquement dans le socle du bloc (1), est pourvu, en outre, un d'éclateur (16) et est couplé à un disjoncteur (2) présentant un seul pôle protégé. 4. Ensemble, suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc parafoudre (1) comporte une seule cartouche (15) incorporant la 20 varistance (12) et le déconnecteur thermique associé (11), l'éclateur (16) étant logé dans le bloc (1). 5. Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux fonctions d'ouverture du circuit qui sont liées, ainsi que deux fonctions de signalisation également liées. 6. Ensemble, suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il intègre les fonctions de déconnexion thermique et de court-circuit, ainsi qu'une signalisation, visuelle ou à distance, de fin de vie du parafoudre, dépendante à la fois de la fonction déconnexion thermique et de la fonction protection contre les court-circuits du parafoudre et de la canalisation et une 30 fonction d'ouverture du circuit, à savoir des contacts de la serrure du disjoncteur (2) ou autre, dépendante à la fois de la fonction déconnexion thermique et de la fonction protection contre les court-circuits. 7. Ensemble, suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'un élément thermique (21) ou bilame du disjoncteur (2) est relié thermiquement à la varistance (12) du bloc parafoudre (1) par une liaison thermique (100). 8. Ensemble, suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que, le déconnecteur thermique (11) du bloc parafoudre 5 (1) est relié à la varistance (12) par l'intermédiaire d'une liaison thermique (100) et est constitué par une soudure basse température coopérant avec un moyen mécanique (22) sous forme d'une lame élastique déclenchant la serrure du disjoncteur (2) après fusion du déconnecteur thermique (11). 9. Ensemble, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le 10 bloc parafoudre (1) et le disjoncteur (2) peuvent également être constitués sous forme d'un bloc unique renfermant toutes les fonctions du disjoncteur et du parafoudre et comportant une cartouche interchangeable pour les fonctions déconnecteur thermique, varistance et signalisation de la partie parafoudre.