Brevet FR3124332A1 — publié le 20221223

L’invention concerne un dispositif de protection contre les surtensions (2) destiné à être installé sur une installation électrique (1), en parallèle d’un ou plusieurs équipements à protéger (3), ladite installation électrique (1) comportant au moins une première ligne de phase (L1), une ligne de neutre (N) et une ligne de terre (T) ; le dispositif de protection comportant : - un boîtier ; et - un tore de mesure de courant (11) qui est logé dans le boîtier (14) et qui comporte une ouverture centrale (45) au travers de laquelle passe une portion de détection (35) disposée dans un chemin de dérivation du courant surtension. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de protection contre les surtensions intégrant un capteur de mesure de courant L’invention se rapporte au domaine des dispositifs de protection contre les surtensions. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection contre les surtensions associé avec un dispositif de surveillance qui comprend un capteur de mesure du courant pour délivrer un signal représentatif du courant de surtension dérivé par le dispositif de protection, le dispositif de surveillance étant configuré pour délivrer des informations relatives aux courants de surtensions dérivés par le dispositif de protection contre les surtensions en fonction du signal délivré par le capteur de mesure du courant. Arrière-plan technologique Pour la protection des équipements électriques contre les surtensions transitoires, pouvant avoir différentes origines telles que la foudre ou des perturbations industrielles par exemple, il est connu d’utiliser des dispositifs de protection contre les surtensions. Les dispositifs de protection contre les surtensions sont destinés à être disposés en amont et en parallèle des équipements à protéger. Ils utilisent des éléments de protection qui présentent la particularité d’avoir, à l’état normal, une impédance élevée et de devenir conducteur lorsqu’ils sont soumis à une surtension supérieure à un certain seuil, qui est supérieur à la tension normale de fonctionnement des équipements à protéger. Les éléments de protection permettent ainsi de dériver les surtensions. Par ailleurs, il est également connu d’utiliser des dispositifs de surveillance pour délivrer des informations relatives aux courants de surtension qui sont dérivés par le dispositif de protection. Les dispositifs de surveillance comportent un capteur de mesure du courant, tel qu’un tore de mesure de courant qui est positionné autour d’un conducteur reliant le dispositif de protection à la terre. Le tore de mesure de courant délivre une tension proportionnelle à la dérivé du courant passant dans le conducteur traversant le tore de mesure du courant. Le tore de mesure du courant est relié à une unité de traitement du signal qui intègre le signal délivré et qui est ainsi configurée pour délivrer une ou plusieurs informations relatives aux courants de surtension, notamment leur nombre, leur amplitude et leur date. Il peut, en effet, s’avérer utile d’estimer précisément le nombre et les caractéristiques des courants de surtension, pour déclencher une vérification des équipements à protéger, organiser les actes de maintenance préventives (tels que le changement des éléments de protection avant leur défaillance par exemple) ou encore améliorer la stratégie de protection contre les surtensions. Toutefois, le tore de mesure du courant et le dispositif de protection étant deux éléments distincts logés chacun dans des boîtiers différents, l’ensemble présente un encombrement important. De plus, l’installation du tore de mesure du courant nécessite des opérations supplémentaires de montage. Résumé Ainsi, une idée à la base de l’invention est de proposer un dispositif de protection et un tore de mesure de courant associés l’un à l’autre et qui soient simples à installer et moins encombrants. Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un dispositif de protection contre les surtensions destiné à être installé sur une installation électrique, en parallèle d’un ou plusieurs équipements à protéger, ladite installation électrique comportant au moins une première ligne de phase, une ligne de neutre et une ligne de terre ; le dispositif de protection comportant : - un boîtier ; - au moins une première et une deuxième barres conductrices qui sont logées dans le boîtier ; - au moins une première et une deuxième bornes de connexion qui sont logées dans le boîtier, sont respectivement connectées à la première et à la deuxième barres conductrices et sont respectivement destinées à être connectées à la ligne de neutre et la ligne de terre de l’installation électrique ; - au moins un premier module de protection connectant la première barre conductrice et la deuxième barre conductrice, le premier module de protection étant configuré pour dériver un courant de surtension de la ligne de neutre vers la ligne de terre ou inversement ; - un tore de mesure de courant qui est logé dans le boîtier et qui comporte une ouverture centrale au travers de laquelle passe une portion de détection appartenant à l’une parmi la première et la deuxième barres conductrices, ladite portion de détection étant disposée dans un chemin de dérivation de courant de surtension conduisant de la première borne de connexion à la deuxième borne de connexion. Ainsi, le tore de mesure du courant est directement intégré dans le boîtier du dispositif de protection contre les surtensions, ce qui permet d’une part de limiter l’encombrement de l’ensemble et, d’autre part, de faciliter son installation. Selon des modes de réalisation, un tel dispositif de protection contre les surtensions peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon un mode de réalisation, le premier module de protection comporte uniquement un éclateur à gaz. Selon un mode de réalisation, la portion de détection appartient à la première barre conductrice. Selon un mode de réalisation, la portion de détection est située entre une zone de la première barre conductrice raccordée électriquement au premier module de protection et une zone de la première barre conductrice raccordée électriquement au deuxième module de protection. Selon un mode de réalisation, le tore de mesure de courant comporte une bobine de Rogowski. Un tel tore de mesure du courant permet d’obtenir une indication fiable de l’amplitude des surtensions dérivés à la terre par le dispositif de protection contre les surtensions. Selon un mode de réalisation, le tore de mesure de courant comporte un support annulaire définissant un logement de forme annulaire, autour de l’ouverture centrale et une bobine logée dans le logement du support annulaire. Selon un mode de réalisation, le support annulaire comporte une première partie et une deuxième partie fixées l’une à l’autre par des organes de fixation, les première et deuxième parties comportant respectivement une première fente et une deuxième fente dimensionnée pour permettre le passage de la portion de détection. Ceci permet de mettre en place le tore de mesure du courant en faisant passer la portion de détection au travers des deux parties du support annulaire. Selon un mode de réalisation, la première partie comporte un fond de forme annulaire ainsi qu’une paroi externe et une paroi interne faisant saillie depuis le fond en direction de la deuxième partie, la paroi interne et la paroi externe définissant, avec le fond, le logement, la première fente traversant le fond, la paroi externe et la paroi interne, la deuxième partie comportant un flasque annulaire recouvrant le logement, la deuxième fente traversant le flasque annulaire. Selon un mode de réalisation, la première portion annulaire comporte deux pattes qui font saillie depuis le flasque annulaire en direction de la première partie et qui s’insèrent respectivement dans des portions de la première fente qui sont ménagées dans la paroi interne et dans la paroi externe de la première partie. Selon un mode de réalisation, la première fente et la deuxième fente sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre. Selon un mode de réalisation, la bobine est constituée par un fil formant successivement une première borne, une portion hélicoïdale en forme de tore incomplet s’étendant entre une première extrémité et une deuxième extrémité séparée l’une de l’autre par un espace permettant le passage de la portion de détection, une portion de retour qui s’étend depuis la deuxième extrémité de la portion hélicoïdale et qui passe à l’intérieur de la portion hélicoïdale jusqu’à la première extrémité de ladite portion hélicoïdale et une deuxième borne. Ceci facilite la mise en place de la bobine autour de la portion de détection. Selon un mode de réalisation, le support annulaire comporte une paroi positionnée dans le logement entre la première extrémité et la deuxième extrémité de la portion hélicoïdale de la bobine. Selon un mode de réalisation, la portion de retour est logée dans une gaine isolante. Selon un mode de réalisation, la bobine comporte une première borne et une deuxième borne qui sont raccordées à un circuit imprimé qui est logé dans un espace ménagé dans le support annulaire. Selon un mode de réalisation, le support annulaire comporte un pied creux définissant l’espace dans lequel est logé le circuit imprimé. Selon un mode de réalisation, la première partie du support annulaire comporte un pied creux définissant l’espace dans lequel est logé le circuit imprimé, la deuxième partie du support annulaire comportant une deuxième portion venant en regard du pied creux de la première partie de sorte à fermer l’espace recevant le circuit imprimé Selon un mode de réalisation, la deuxième barre conductrice est raccordée au deuxième module de protection par une brasure. Selon un mode de réalisation, le dispositif de protection contre les surtensions comprend en outre : - une troisième barre conductrice qui est logée dans le boîtier ; - une troisième borne de connexion qui est logée dans le boîtier, est connectée à la troisième barre conductrice et est destinée à être connectée à la première ligne de phase de l’installation électrique ; et - un deuxième module de protection connectant la troisième barre conductrice à la première barre conductrice ; le deuxième module de protection étant configuré pour dériver un courant de surtension de la première ligne de phase vers la ligne de terre ou vers la ligne de neutre ou inversement. Selon un mode de réalisation, le premier et le deuxième modules de protection comportent un ou plusieurs éléments de protection choisis parmi les éclateurs à gaz, les éclateurs à air, les varistances, les diodes de suppression de surtensions (désignés transient-voltage-suppression (TVS) en langue anglaise) et les thyristors de suppression de surtension. Selon un mode de réalisation, le deuxième module de protection comporte un éclateur à gaz et une varistance en série. Selon un mode de réalisation, le deuxième module de protection est enfiché de manière amovible sur le boîtier. Selon un mode de réalisation, le dispositif de protection comprend, en outre, une quatrième et une cinquième barres conductrices logées dans le boîtier et une quatrième et cinquième bornes de connexion qui sont respectivement connectées à la quatrième et à la cinquième barres conductrices et sont respectivement destinées à être connectées électriquement à une deuxième et à une troisième lignes de phase, le dispositif comportant en outre un troisième et un quatrième modules de protection, le troisième module de protection connectant la quatrième barre conductrice à la première barre conductrice et le quatrième module de protection connectant la cinquième barre conductrice à la première barre conductrice, le quatrième module de protection et le cinquième module de protection étant respectivement configurés pour dériver un courant de surtension de la deuxième ligne de phase vers la ligne de terre ou la ligne de neutre et de la troisième ligne de phase vers la ligne de terre ou la ligne de neutre et inversement. Selon un mode de réalisation, le troisième et le quatrième modules de protection sont enfichés de manière amovible sur le boîtier. Selon un mode de réalisation, le troisième et le quatrième module de protection comportent un éclateur à gaz et une varistance en série. Selon un mode de réalisation, le boîtier comporte une partie avant et une partie arrière, la partie arrière comportant des éléments de fixation, configurés pour fixer le dispositif de protection sur une armoire de l’installation électrique qui est équipée d’un jeu de barres comprenant au moins trois barres omnibus respectivement reliées à la première ligne de phase, à la ligne de neutre et à la ligne de terre, la partie arrière comportant des ouvertures recevant chacune l’une des première, deuxième et troisième bornes de connexion de manière à permettre le plaquage de chacune desdites première, deuxième et troisième bornes de connexion contre l’une des barres omnibus. Selon un mode de réalisation, le boîtier comporte une partie avant équipée d’un connecteur externe qui est reliée au tore de mesure du courant. Selon un deuxième aspect, l’invention concerne également un ensemble comportant un dispositif de protection contre les surtensions précité et un dispositif de surveillance qui est relié par un câble au connecteur externe du dispositif de protection contre les surtensions, le dispositif de surveillance étant configuré pour traiter un signal délivré par le tore de mesure du courant et pour délivrer une ou plusieurs informations relatives aux surtensions choisies parmi le nombre, l’amplitude, la durée et la date des surtensions dérivées par le dispositif de protection contre les surtensions. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. La est un schéma de principe d’une installation électrique équipée d’un dispositif de protection contre les surtensions intégrant un capteur de mesure du courant. La est une vue avant en perspective d’un dispositif de protection contre les surtensions. La est une vue avant en perspective du dispositif de protection de la qui est représenté sans la partie avant du boîtier afin de permettre l’observations des composants dudit dispositif de protection. La est une vue arrière en perspective du dispositif de protection représenté sans la partie avant du boîtier. La est une vue avant en perspective du dispositif de protection représenté sans la partie avant du boîtier ni certains modules de protection contre les surtensions. La illustre un module de protection amovible. La illustre la barre conductrice du dispositif de protection contre les surtensions qui est équipée du capteur de mesure du courant. La est une vue éclatée du capteur de mesure du courant. La est une vue en perspective de la bobine du capteur de mesure du courant. Dispositif de protection contre les surtensions (2) destiné à être installé sur une installation électrique (1), en parallèle d’un ou plusieurs équipements à protéger (3), ladite installation électrique (1) comportant au moins une première ligne de phase (L1) une ligne de neutre (N) et une ligne de terre (T) ; le dispositif de protection comportant : - un boîtier (14) ; - au moins une première et une deuxième barres conductrices (27, 28) qui sont logées dans le boîtier (14) ; - au moins une première et une deuxième bornes de connexion (19, 23) qui sont logées dans le boîtier (14), sont respectivement connectées à la première et à la deuxième barres conductrices (27, 28) et sont respectivement destinées à être connectées à la ligne de neutre (N) et la ligne de terre (T) de l’installation électrique (1) ; - au moins un premier module de protection (7) connectant la première barre conductrice (27) et la deuxième barre conductrice (28) le premier module de protection (7) étant configuré pour dériver un courant de surtension de la ligne de neutre (N) vers la ligne de terre (T) ou inversement ; - un tore de mesure de courant (11) qui est logé dans le boîtier (14) et qui comporte une ouverture centrale (45) au travers de laquelle passe une portion de détection (35) appartenant à l’une parmi la première et la deuxième barres conductrices (27, 28), ladite portion de détection (35) étant disposée dans un chemin de dérivation de courant de surtension conduisant de la première borne de connexion (19) à la deuxième borne de connexion (23). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 1, dans laquelle la portion de détection (35) appartient à la première barre conductrice (27). Dispositif de protection contre les surtensions (2), selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le tore de mesure de courant (11) comporte une bobine de Rogowski. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tore de mesure de courant (11) comporte un support annulaire (36) définissant un logement (39) de forme annulaire, autour de l’ouverture centrale (45) et une bobine logée dans le logement (39) du support annulaire (36). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 4, dans lequel le support annulaire (36) comporte une première partie (37) et une deuxième partie (38) fixées l’une à l’autre par des organes de fixation (54, 55, 56, 57), les première et deuxième parties (37, 38) comportant respectivement une première fente (44) et une deuxième fente (53) dimensionnée pour permettre le passage de la portion de détection (35). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 5, dans lequel la première partie (37) comporte un fond (41) de forme annulaire ainsi qu’une paroi externe (43) et une paroi interne faisant saillie depuis le fond (41) en direction de la deuxième partie (38), la paroi interne et la paroi externe (43) définissant, avec le fond (41), le logement (39), la première fente (44) traversant le fond (41), la paroi externe (43) et la paroi interne (42), la deuxième partie (38) comportant un flasque annulaire (51) recouvrant le logement (39), la deuxième fente (53) traversant la flasque annulaire (51). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 6, dans lequel le flasque annulaire (51) comporte deux pattes (58, 59) qui font saillie depuis ledit flasque annulaire (51) en direction de la première partie (37) et qui s’insèrent respectivement dans des portions de la première fente (44) qui sont ménagées dans la paroi interne (42) et dans la paroi externe (43) de la première partie (37). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel la première fente (44) et la deuxième fente (53) sont décalées angulairement l’une par rapport à l’autre. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel la bobine (40) est constituée par un fil formant successivement une première borne (49), une portion hélicoïdale en forme de tore incomplet s’étendant entre une première extrémité (60) et une deuxième extrémité (61) séparée l’une de l’autre par un espace (63) permettant le passage de la portion de détection (35), une portion de retour (62) qui s’étend depuis la deuxième extrémité (61) de la portion hélicoïdale et qui passe à l’intérieur de la portion hélicoïdale jusqu’à la première extrémité (61) de ladite portion hélicoïdale et une deuxième borne (50). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 9, dans lequel le support annulaire (36) comporte une paroi (67) positionnée dans le logement (39) entre la première extrémité (60) et la deuxième extrémité (61) de la portion hélicoïdale de la bobine (40). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la portion de retour (62) est logée dans une gaine isolante. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la bobine (40) comporte une première borne (49) et une deuxième borne (50) qui sont raccordées à un circuit imprimé (48) qui est logé dans un espace (39) ménagé dans le support annulaire (36). Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la première barre conductrice (27) est raccordée au premier module de protection (7) par une brasure. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant en outre : - une troisième barre conductrice (24) qui est logée dans le boîtier (14) ; - une troisième borne de connexion (20) qui est logée dans le boîtier (14), est connectée à la troisième barre conductrice (24) et est destinée à être connectée à la première ligne de phase (L1) de l’installation électrique (1) ; et - un deuxième module de protection (4) connectant la troisième barre conductrice (24) à la première barre conductrice (27) ; le deuxième module de protection (4) étant configuré pour dériver un courant de surtension de la première ligne de phase (L1) vers la ligne de terre (T) ou vers la ligne de neutre (N) ou inversement. Dispositif de protection (2) selon la revendication 13, comprenant, en outre, une quatrième et une cinquième barres conductrices (25, 26) logées dans le boîtier (14) et une quatrième et cinquième bornes de connexion (21, 22) qui sont respectivement connectées à la quatrième (25) et à la cinquième barres conductrices (26) et sont respectivement destinées à être connectées électriquement à une deuxième et à une troisième lignes de phase (L2, L3), le dispositif comportant en outre un troisième et un quatrième modules de protection (5, 6), le troisième module de protection (5) connectant la quatrième barre conductrice (25) à la première barre conductrice (27) et le quatrième module de protection (6) connectant la cinquième barre conductrice (26) à la première barre conductrice (27), le quatrième et le cinquième modules de protection (5, 6) étant respectivement configurés pour dériver un courant de surtension de la deuxième ligne de phase (L2) vers la ligne de terre (T) ou la ligne de neutre (N) et de la troisième ligne de phase (L3) vers la ligne de terre (T) ou la ligne de neutre (N) ou inversement. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 13 ou 14, dans lequel le boîtier (14) comporte une partie avant (16) et une partie arrière (15), la partie arrière (15) comportant des éléments de fixation (17, 18), configurés pour fixer le dispositif de protection contre les surtensions (2) sur une armoire de l’installation électrique (1) qui est équipée d’un jeu de barres comprenant au moins trois barres omnibus respectivement reliées à la première ligne de phase (L1), à la ligne de neutre (N) et à la ligne de terre (T), la partie arrière (15) comportant des ouvertures recevant chacune l’une des première, deuxième et troisième bornes de connexion (19, 20, 23) de manière à permettre le plaquage de chacune desdites première, deuxième et troisième bornes de connexion (19, 20, 23) contre l’une des barres omnibus. Dispositif de protection contre les surtensions (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le boîtier (14) comporte une partie avant (16) équipée d’un connecteur externe (66) qui est reliée au tore de mesure du courant (11). Ensemble comportant un dispositif de protection contre les surtensions (2) selon la revendication 16 et un dispositif de surveillance (13) qui est relié par un câble au connecteur externe (66) du dispositif de protection contre les surtensions (2), le dispositif de surveillance (13) étant configuré pour traiter un signal délivré par le tore de mesure du courant (11) et pour délivrer une ou plusieurs informations relatives aux surtensions choisies parmi le nombre, l’amplitude, la durée et la date des courants de surtension dérivées par le dispositif de protection contre les surtensions (2).