Brevet FR2864714A1 — publié le 20050701

DISPOSITIF DE PROTECTION CONTRE DES SURTENSIONS A CAPACITE DE COUPURE DE COURANT DE SUITE AMELIOREE La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques, du genre appareils électriques, circuits ou réseaux de distribution, contre des perturbations, éventuellement momentanées, d'alimentation électrique. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection d'équipement électrique contre des perturbations de tension, telles que les surtensions, notamment dues à la foudre. La présente invention concerne un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, comprenant d'une part un éclateur présentant une capacité intrinsèque de coupure de courant de suite, et d'autre part un organe d'amélioration du pouvoir de coupure de courant de suite qui coopère avec l'éclateur de façon à ce que le dispositif présente une capacité résultante de coupure de courant de suite qui soit sensiblement supérieure à ladite capacité intrinsèque, caractérisé en ce que l'organe d'amélioration comprend un moyen de limitation de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur. L'invention concerne également un procédé d'amélioration de la capacité de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, ledit dispositif comprenant un éclateur. L'invention concerne enfin une utilisation d'un moyen de limitation d'intensité de courant électrique. Les dispositifs de protection d'équipements électriques contre des surtensions, notamment transitoires, sont connus et couramment utilisés. De tels dispositifs, qui sont parfois désignés sous l'appellation parasurtenseurs ou parafoudres , ont pour but d'écouler à la terre des courants de foudre, et éventuellement d'écrêter des surtensions induites à des, niveaux compatibles avec la tenue des équipements et matériels raccordés en aval des dispositifs de protection. Les parafoudres connus peuvent être basés sur des technologies différentes, selon la nature de l'élément actif de protection qu'ils mettent en oeuvre. On connaît en particulier des parafoudres à éclateur, c'est-à-dire utilisant, en tant qu'élément actif de protection, un dispositif comprenant deux électrodes placées en vis-à-vis, l'une étant connectée électriquement à la phase à protéger, tandis que l'autre est connectée électriquement à la terre. Les électrodes sont séparées par une zone isolante, formée par exemple par une lame d'air, une lame de gaz ou un corps diélectrique. Lorsqu'une surtension, générée par l'arrivée d'un courant de foudre, atteint un niveau prédéterminé, il se produit un amorçage entre les électrodes conduisant à l'établissement d'un arc électrique, lequel crée ainsi un court-circuit d'écoulement du courant de foudre à la terre, protégeant de ce fait les équipements connectés en aval du parafoudre. Les parafoudres à éclateur connus présentent cependant un inconvénient majeur lié à l'établissement d'un arc électrique entre les électrodes. En effet, après que le courant de foudre a été écoulé à la terre grâce audit arc électrique, cet arc ne s'éteint pas spontanément et continue ainsi d'écouler un courant, appelé courant de suite, débité par l'installation à protéger. Ce courant de suite doit être coupé, afin de rétablir un fonctionnement normal de l'installation et d'éviter notamment tout échauffement incontrôlé du parafoudre. La coupure du courant de suite peut bien sûr être effectuée par un organe de coupure générale du réseau, du genre disjoncteur. Cependant, l'utilisation d'un tel organe de coupure générale pour couper le courant de suite provoque la mise du réseau hors service. Il est donc préférable que ce soit le parafoudre lui-même qui puisse couper le courant de suite, sans provoquer l'ouverture de l'organe de coupure générale. Les éclateurs connus présentent, de par leur construction-même, une capacité naturelle de coupure de courant de suite. Cette capacité de coupure de courant de suite correspond à l'intensité maximale de courant que l'éclateur peut éteindre de lui-même, grâce à ses seules caractéristiques propres. Cependant, cette capacité de coupure de courant naturelle est généralement insuffisante pour faire face aux conditions réelles de fonctionnement, qui peuvent mettre en jeu des courants de suite d'intensités relativement importantes. Pour cette raison, divers moyens ont été utilisés dans l'art antérieur pour accroître la capacité de coupure des éclateurs. A titre d'exemple, les éclateurs connus ont ainsi été pourvus de chambres de coupure, permettant de fractionner l'arc électrique en vue de faciliter son extinction, ou encore de systèmes de circulation d'air permettant d'obtenir la même fonction. De tels moyens additionnels d'augmentation de la capacité de coupure sont cependant généralement extrêmement délicats à mettre en oeuvre, notamment car ils peuvent influencer fortement la capacité d'écoulement de courant de foudre dans un sens défavorable, alors que cette capacité d'écoulement de courant de foudre est précisément la fonction première affectée à l'éclateur. Outre le fait que ces moyens d'amélioration de la capacité de coupure ont tendance à dégrader la capacité d'écoulement de l'éclateur, ils sont également généralement onéreux, encombrants et difficiles à fabriquer. L'objet assigné à l'invention vise en conséquence à porter remède aux différents inconvénients de l'art antérieur mentionnés précédemment, et à proposer un nouveau dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions qui présente une capacité de coupure de courant de suite améliorée, tout en étant de conception simple et peu onéreuse. Un autre objet de l'invention vise à protéger un nouveau dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions de construction 15 particulièrement simple. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions présentant un excellent compromis entre protection en tension et capacité de coupure de courant de suite. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions mettant en oeuvre des composants électriques standards. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions d'encombrement 25 réduit et très rapide à fabriquer. Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé d'amélioration de la capacité de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions particulièrement simple et économique. Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, comprenant d'une part un éclateur présentant une capacité intrinsèque de coupure de courant de suite, et d'autre part un organe d'amélioration du pouvoir de coupure de courant de suite qui coopère avec l'éclateur de façon à ce que le dispositif présente une capacité résultante de coupure de courant de suite qui soit sensiblement supérieure à ladite capacité intrinsèque, caractérisé en ce que l'organe d'amélioration comprend un moyen de limitation de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur. Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé d'amélioration de la capacité de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, ledit dispositif comprenant un éclateur, caractérisé en ce qu'on pourvoit ledit dispositif d'un moyen de limitation de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur. Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'une utilisation d'un moyen de limitation d'intensité de courant électrique en tant qu'organe d'amélioration du pouvoir de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, lequel comprend un éclateur. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, dans lesquels: La figure 1 illustre, selon une vue schématique, une première variante de réalisation d'un dispositif de protection conforme à l'invention. - La figure 2 illustre, selon une vue schématique, une deuxième variante de réalisation d'un dispositif de protection conforme à l'invention. Les figures 1 et 2 représentent un dispositif 1, 10 de protection d'équipement électrique contre des surtensions, et notamment contre des surtensions transitoires du type de celles générées par un coup de foudre. Par équipement électrique, on entend ici tout type d'appareil, instrument, installation, réseau, circuit électrique ou de télécommunication susceptible d'être sujet à des aléas d'alimentation d'électrique du point de vue de la tension, et notamment à des surtensions dues à la foudre. Le dispositif 1, 10 de protection contre des surtensions conforme à l'invention constitue ainsi avantageusement un parafoudre. Conformément à l'invention, le dispositif 1, 10 comprend une cellule parafoudre formée en l'occurrence par un éclateur 2, 20. L'éclateur 2, 20 mis en oeuvre dans le cadre de l'invention pourra être de tout type connu de l'homme du métier, et par exemple être constitué par un éclateur à air ou à gaz. L'invention n'est absolument pas limitée à un type particulier d'éclateur, et tout type d'éclateur bien connu de l'homme du métier pourra être utilisé. De façon classique, l'éclateur 2, 20 comprend une première électrode 2A, 20A reliée électriquement à la phase 3, 30 à protéger, ainsi qu'une deuxième électrode 2B, 20B destinée à être reliée électriquement à la terre 4, 40. II est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que l'éclateur 2, 20, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase 3, 30 et la terre 4, 40, soit branché entre le neutre et la terre, entre phase et neutre ou encore entre deux phases (cas d'une protection différentielle). De façon préférentielle, l'éclateur 2, 20 constitue le composant actif unique du dispositif 1, 10, étant entendu qu'il est envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que ledit éclateur 2, 20 puisse être associé à d'autres composants non linéaires, qu'ils soient constitués par des éclateurs ou non. L'éclateur 2, 20 présente, de façon classique, une capacité intrinsèque de 10 coupure de courant de suite. Cette capacité intrinsèque de coupure de courant de suite correspond à l'intensité de courant maximale que l'éclateur 2, 20 est en mesure de couper par lui-même, c'est-à-dire du seul fait de sa construction à deux électrodes séparées par une zone isolante, sans l'aide de dispositifs additionnels. Cette capacité de coupure naturelle résulte notamment de la conformation relative des différents éléments formant l'éclateur 2, 20, des matériaux choisis pour la réalisation desdits éléments, ainsi que du dimensionnement desdits éléments. Conformément à l'invention, le dispositif de protection 1, 10 comprend également un organe d'amélioration 5, 50 du pouvoir de coupure de courant de suite, ledit organe 5, 50 coopérant avec l'éclateur 2, 20 de façon à ce que le dispositif 1, 10 présente une capacité résultante de coupure de courant de suite qui soit sensiblement supérieure à la capacité intrinsèque de coupure de courant de suite de l'éclateur 2, 20 pris seul. L'organe d'amélioration 5, 50 permet ainsi d'accroître l'intensité de courant de suite que le dispositif 1, 10 est en mesure de couper après l'écoulement du courant de foudre, relativement à un dispositif qui comporterait uniquement l'éclateur 2, 20. Conformément à une caractéristique importante de l'invention, l'organe d'amélioration 5, 50 comprend un moyen de limitation 6, 60 de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur 2, 20, et notamment du courant de suite. Par limitation , on désigne ici une faculté d'opposition au passage du courant électrique qui conduit à une diminution de l'intensité du courant électrique dont la valeur est ainsi inférieure à la valeur qu'elle aurait atteinte en l'absence du moyen de limitation 6, 60. Ainsi, le courant de suite perçu par le parafoudre 1, 10 sera plus faible que le courant de court-circuit présumé de l'installation à protéger, grâce à la présence du moyen de limitation 6, 60. Cette disposition technique autorise donc l'installation d'un parafoudre à éclateur dans une installation dont le courant de court-circuit présumé dépasse la capacité de coupure de courant de suite intrinsèque de l'éclateur 2, 20. L'ensemble formé par l'éclateur 2, 20 et le moyen de limitation 6, 60 se comportera donc comme un parafoudre de capacité de coupure élevée, sans avoir besoin pour autant de requérir forcément la mise en oeuvre d'une chambre de coupure ou de tout autre moyen complexe classique (plastique dégazant de l'hydrogène, circulation d'air) de coupure. Le principe général de l'invention repose donc sur la mise en oeuvre d'un leurre qui diminue artificiellement l'intensité du courant de suite s'écoulant par l'éclateur 2, 20, de telle sorte que ledit courant peut être coupé grâce à la seule capacité intrinsèque de coupure de courant de suite de l'éclateur 2, 20. L'organe d'amélioration 5, 50 est donc spécifiquement conçu et monté relativement à l'éclateur 2, 20 pour limiter l'intensité du courant de suite à une valeur plus faible que le courant de court-circuit présumé de l'installation à protéger, ladite valeur étant compatible avec le pouvoir d'extinction propre de l'éclateur 2, 20 lui-même. Avantageusement, l'organe d'amélioration 5, 50 comprend un élément résistif 9, 90, de préférence linéaire. Cet élément résistif 9, 90 est de préférence monté en série avec l'éclateur 2, 20. Le terme résistif doit être pris ici dans son acception la plus large, c'est-à- dire qu'il se réfère à la fois à un comportement de résistance dans le cadre d'une alimentation à courant continu et à un comportement d'impédance dans le cadre d'une alimentation à courant alternatif. Plus particulièrement, tel que cela est illustré aux figures 1 et 2, l'élément résistif 9, 90 présente un premier pôle 7, 70 connecté électriquement à la première électrode 2A, 20A de l'éclateur 2, 20, ainsi qu'un deuxième pôle 8, 80 connecté électriquement à la phase 3, 30 à protéger. Le sous-ensemble constitué par le montage en série de l'élément résistif 9, 90 et de l'éclateur 2, 20 est ainsi branché en dérivation entre la phase 3, 30 et la terre 4, 40. Avantageusement, l'élément résistif 9, 90 présente un caractère non selfique, c'est-à-dire qu'il ne génère sensiblement pas d'effets d'inductance. Cette disposition technique permet au dispositif 1, 10 conforme à l'invention de ne pas générer de surtension additionnelle lors du passage d'un courant de foudre. De ce fait, le niveau de protection en tension du dispositif 1, 10 n'est pas dégradé par rapport à celui d'un dispositif qui comprendrait uniquement l'éclateur 2, 20, sans l'organe d'amélioration 5, 50. Le montage d'un élément résistif 9, 90 aselfique en série avec l'éclateur 2, 20 permet ainsi, de façon très simple, d'augmenter significativement la capacité de coupure de courant de suite du dispositif 1, 10 par rapport à un dispositif comprenant seulement l'éclateur 2, 20, sans pour autant influencer négativement les caractéristiques d'écoulement de courant de foudre de l'éclateur 2, 20, comme pourrait le faire une chambre de coupure classique. Dans le cas de la première variante de réalisation, représentée à la figure 1, l'élément résistif est avantageusement formé par une résistance électrique 9, c'est-à-dire par un composant électrique linéaire unitaire caractérisé essentiellement par sa capacité de limiter le courant circulant dans un circuit, de façon sensiblement constante. Dans le cas de la variante représentée à la figure 2, le dispositif 1, 10 de protection conforme à l'invention comprend des moyens de connexion électrique de l'éclateur 2, 20 à l'équipement électrique à protéger 3, 30, 4, 40, lesdits moyens de connexion formant directement l'élément résistif 90, éliminant ainsi le besoin de raccorder un composant électrique distinct supplémentaire. En particulier, le ou les matériaux à partir desquels sont réalisés les moyens de connexion, ainsi que le dimensionnement (notamment en terme de section) desdits moyens de connexion seront choisis pour que les moyens de connexion réalisent la fonction de limitation d'intensité du courant électrique recherchée dans le cadre de la présente invention. De façon préférentielle, l'élément de connexion permettant le raccordement de la première électrode 20A à la phase à protéger 30 sera conçu pour jouer exclusivement le rôle d'organe d'amélioration 50. II a été établi par le demandeur qu'un élément résistif de faible résistance suffisait à obtenir un effet technique significatif. A titre d'exemple, pour une installation alimentée en 230 V / 25 kA, un élément résistif dont la résistance est de quelques milliohms, et par exemple comprise entre 10 et 50 milliohms, permettait d'obtenir un résultat appréciable. Plus généralement, l'élément résistif devra être choisi en fonction du courant de court-circuit présumé de l'installation, et de la capacité intrinsèque de 5 coupure de courant de suite de l'éclateur envisagé. Avantageusement, l'organe d'amélioration 5, 50 sera exclusivement constitué par l'élément résistif 9, 90, que ce dernier soit réalisé à base de composants de résistance électrique ou directement à l'aide de moyens de connexion spécialement conçus à cet effet. L'effet d'amélioration du pouvoir de coupure sera ainsi obtenu sensiblement exclusivement par le montage en série avec l'éclateur 2, 20 d'un élément résistif 9, 90. II est cependant tout à fait envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que l'organe d'amélioration 5, 50 comprenne également, en plus du moyen de limitation 6, 60, des moyens classiques, du genre chambre de coupure par exemple. Dans ce cas, la capacité intrinsèque de coupure de courant de suite correspondra ici à la capacité de coupure du sous-ensemble formé par l'éclateur 2, 20 et lesdits moyens classiques, du genre chambre de coupure ou autre. Le moyen de limitation 6, 60 viendra améliorer encore cette capacité intrinsèque, même si cette dernière est déjà supérieure à la capacité d'un éclateur 2, 20 seul , c'est-à-dire sans aucun moyen additionnel d'extinction d'arc. L'invention concerne également un procédé d'amélioration de la capacité de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement 25 électrique contre des surtensions 1, 10, du genre parafoudre, ledit dispositif comprenant un éclateur 2, 20. Le procédé conforme à l'invention comprend, selon une caractéristique importante de l'invention, une étape d'amélioration dans laquelle on pourvoit le dispositif 1, 10 d'un moyen de limitation 6, 60 de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur 2, 20, notamment du courant de suite survenant après l'écoulement d'un courant de foudre. De façon avantageuse, lors de l'étape d'amélioration, on monte en série avec l'éclateur 2, 20 un élément résistif 9, 90. Dans une première variante de réalisation du procédé conforme à l'invention, l'élément résistif 9 est formé par une résistance électrique, ainsi que cela a 10 été décrit précédemment. Dans une deuxième variante, le procédé comprend une étape dans laquelle on relie l'éclateur 2, 20 à l'équipement à protéger à l'aide de moyens de connexion électrique, lesdits moyens de connexion étant spécialement conçus pour former directement l'élément résistif 90, ainsi que cela a été décrit précédemment. Le procédé conforme à l'invention permet ainsi, de façon simple et rapide, d'améliorer la capacité de coupure de tout parafoudre à éclateur existant sur le marché, par la simple adjonction d'un moyen résistif choisi en fonction de la capacité intrinsèque de coupure de l'éclateur, et du courant de court-circuit présumé de l'installation à protéger. Enfin, l'invention concerne également l'utilisation d'un moyen de limitation d'intensité de courant électrique, du genre résistance électrique, en tant qu'organe d'amélioration du pouvoir de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, lequel comprend un éclateur présentant une capacité intrinsèque de coupure de courant de suite, de telle sorte que ledit dispositif présente une capacité résultante de coupure de courant de suite supérieure à ladite capacité intrinsèque. L'invention vise donc en particulier une nouvelle utilisation des composants de résistance électrique connus en tant que composants permettant d'accroître la capacité de coupure de courant de suite d'éclateurs standards connus. En définitive, l'invention permet d'améliorer, de façon simple mais significative, le pouvoir de coupure de tout matériel connu sujet au phénomène de courant de suite. REVENDICATIONS 1 Dispositif de protection (1, 10) d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, comprenant d'une part un éclateur (2, 20) présentant une capacité intrinsèque de coupure de courant de suite, et d'autre part un organe d'amélioration (5, 50) du pouvoir de coupure de courant de suite qui coopère avec l'éclateur (2, 20) de façon à ce que le dispositif (1, 10) présente une capacité résultante de coupure de courant de suite qui soit sensiblement supérieure à ladite capacité intrinsèque, caractérisé en ce que l'organe d'amélioration (5, 50) comprend un moyen de limitation (6, 60) de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur (2, 20). 2 - Dispositif (1, 10) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'organe d'amélioration (5, 50) comprend un élément résistif (9, 90) monté en série avec l'éclateur (2, 20). 3 - Dispositif (1, 10) selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément résistif (9, 90) présente un caractère non selfique. 4 - Dispositif (1, 10) selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que l'élément résistif (9, 90) est formé par une résistance électrique (9) . - Dispositif (1, 10) selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de connexion électrique de l'éclateur (2, 20) à l'équipement électrique, lesdits moyens de connexion formant l'élément résistif (90). 6 - Dispositif (1, 10) selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que l'organe d'amélioration (5, 50) est exclusivement constitué par l'élément résistif (9, 90). 7 - Dispositif (1, 10) selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il constitue un parafoudre. 8 - Procédé d'amélioration de la capacité de coupure de courant de suite d'un dispositif de protection (1, 10) d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, ledit dispositif (1, 10) comprenant un éclateur (2, 20), caractérisé en ce qu'on pourvoit ledit dispositif (1, 10) d'un moyen de limitation (6, 60) de l'intensité du courant électrique susceptible de traverser l'éclateur (2, 20). 9 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'on monte en série avec l'éclateur (2, 20) un élément résistif (9, 90). - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'élément résistif 15 (9, 90) est formé par une résistance électrique (9). 11 -Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'on relie l'éclateur (2, 20) à l'équipement à l'aide de moyens de connexion électrique, lesdits moyens de connexion formant l'élément résistif (90). 12 -Utilisation d'un moyen de limitation (5, 50) d'intensité de courant électrique en tant qu'organe d'amélioration (5, 50) du pouvoir de coupure de courant de suite d'un dispositif (1, 10) de protection d'équipement électrique contre des surtensions, du genre parafoudre, lequel comprend un éclateur (2, 20).