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EP1829176B1 - Dispositif de protection contre les surtensions a deconnexion amelioree et procede correspondant - Google Patents

Dispositif de protection contre les surtensions a deconnexion amelioree et procede correspondant Download PDF

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Publication number
EP1829176B1
EP1829176B1 EP05814818A EP05814818A EP1829176B1 EP 1829176 B1 EP1829176 B1 EP 1829176B1 EP 05814818 A EP05814818 A EP 05814818A EP 05814818 A EP05814818 A EP 05814818A EP 1829176 B1 EP1829176 B1 EP 1829176B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
isolating
electrodes
spark gap
protection device
detection means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP05814818A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1829176A1 (fr
Inventor
Hervé LINDEPERG
Gérard Serrie
Louis Bernard Claude Maurice
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB France SAS
Original Assignee
ABB France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB France SAS filed Critical ABB France SAS
Publication of EP1829176A1 publication Critical patent/EP1829176A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1829176B1 publication Critical patent/EP1829176B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/12—Means structurally associated with spark gap for recording operation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/14—Means structurally associated with spark gap for protecting it against overload or for disconnecting it in case of failure

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of equipment protection devices or electrical installations against overvoltages, including transient overvoltages due to lightning.
  • the present invention relates more particularly to a protection device against overvoltages due in particular to a lightning strike intended to be connected to an electrical installation and comprising at least two electrodes defining an inter-electrode space forming a spark gap.
  • the invention also relates to a method for electrically isolating a surge protection device intended to be connected to an electrical installation and comprising at least two electrodes delimiting an inter-electrode space forming a spark gap.
  • a low-voltage protection device using the technology of spark gaps, such as spark gap arrester.
  • This device is generally associated in series with a complementary external cut-off device, able to isolate the protection device against overvoltages of the electrical installation when a current of excessively high current passes through it.
  • overcurrent protection devices such as circuit breakers. These devices thus make it possible to isolate the overvoltage protection device, while avoiding the opening of the other general breaking devices of the electrical installation, in order to ensure continuity of service of the power supply.
  • the surge arrester and the circuit breaker are sometimes located at a distance from each other and the impedance of the connecting conductors is often difficult, if not impossible to calculate precisely, which can lead to errors and an underestimation of the actual level of protection of the electrical installation.
  • the document DE-C-554 319 discloses an overvoltage protection device according to the preamble of claim 1 and a method of electrical isolation, according to the preamble of claim 20.
  • the objects assigned to the invention therefore aim to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages that do not have the drawbacks listed above and that, in the event of a failure, to be definitively disconnected from the electrical installation. .
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages having a good reliability of disconnection.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages which is particularly easy to use, thus limiting the risk of error for the operator.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages having a compact, robust and inexpensive construction structure.
  • Another object of the invention is to provide a new device for protecting an electrical installation against overvoltages whose manufacture requires only standard components, and which can be obtained easily without fundamentally modifying the overall structure of the protective devices. spark gap known.
  • Another object of the invention is to propose a new device for protecting an electrical installation against overvoltages whose operating state can be easily monitored.
  • the objects assigned to the invention are also intended to propose a new method of electrical insulation of a protection device of an electrical installation against overvoltages allowing, in a simple way and using standard components, to effectively isolate the device in case of failure of the latter.
  • Another object of the invention is to propose a new method of electrical insulation of a protection device of an electrical installation against overvoltages allowing a close monitoring of the operating state of the device.
  • the overvoltage protection device according to the invention is intended to be connected bypass (or parallel) on the equipment or electrical installation to be protected.
  • electrical installation refers to any type of device or network that is susceptible to voltage disturbances, including transient overvoltages due to lightning.
  • the overvoltage protection device according to the invention is advantageously intended to be disposed between a phase of the installation to be protected and the earth. It is also conceivable, without departing from the scope of the invention, that the protection device, instead of being connected bypass between a phase and the earth, is connected between the neutral and the earth, between the phase and neutral, or between two phases (case of a differential protection).
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a protection device 1 according to the invention is illustrated on the figure 1 .
  • the protection device 1 is advantageously in the form of a spark gap arrester.
  • the protective device 1 thus comprises at least two electrodes, for example a first electrode 2 and a second electrode 3 delimiting an inter-electrode gap 4 forming a spark gap.
  • the first and second electrodes 2, 3 can thus advantageously form the main electrodes of the spark gap.
  • the protection device 1 according to the invention also advantageously comprises connecting branches 5, 6 to the electrical installation or to the power supply network, making it possible to electrically connect the protection device 1 to the electrical installation (not shown) to protect.
  • the electrodes 2, 3 and the connecting branches 5, 6 can advantageously be formed by one and the same conductive part, for example metal. All of these elements is advantageously mounted within an insulating casing 7.
  • the housing 7 may constitute a module (or cartridge) plug-in on a base, thereby facilitating the introduction or removal of the protective device 1 by the operator.
  • the inter-electrode space 4 is filled, at least partially, with a gas, preferably with air so as to form a dielectric medium between the electrodes 2, 3.
  • the inter-electrode space 4 form in this case an air gap.
  • the protective device 1 is based on the technology of air gaps.
  • the protective device 1 according to the invention uses encapsulated spark gap technology, the air then being replaced by a gas, for example a rare gas maintained under controlled pressure.
  • Such spark gaps undergo, during their lifetime, degradation. This degradation can be gradual or abrupt, especially the spark gap is used intensively or repeatedly, with a high frequency. Several phenomena, specific to the gaps, can lead to this degradation of the protective device.
  • an electric arc 15, corresponding to the ionization of the gas located in the inter-electrode space 4 is formed. between the electrodes 2, 3 and flows, for example to earth, the current corresponding to the overvoltage.
  • the protective device 1 then deflects the current and allows to preserve the electrical installation.
  • the electric arc can cause erosion of the electrodes 2, 3, tearing metal particles on the surface thereof. These metal particles are then likely to be deposited at another place in the inter-electrode space, thus creating a conductive pollution within the spark gap. This pollution can lead, when important, to a failure of the spark gap, several evolutions then being possible until the end of life of the spark gap.
  • the metal particles can be deposited on the surface of the dielectric lamella, thus forming a conductive deposit between the electrodes.
  • This conductive deposit gradually forms a metal bridge between the electrodes, short-circuiting the spark gap.
  • a large short-circuit current can then flow, by conduction, to the surface of the dielectric lamella, thus causing significant heating of the spark gap.
  • the protection device should be disconnected as soon as possible and replaced, since it is no longer able to properly protect the electrical installation.
  • the end of life of the spark gap is random, so that it is particularly difficult, if not impossible, to predict in advance its replacement.
  • the protection device 1 comprises detection means 8, sensitive to the state of the spark gap and able to detect a malfunction of this last.
  • the detection means are designed to detect a possible failure of the behavior of the spark gap, resulting, for example, in a heating excessive of the latter.
  • the detection means 8 are advantageously sensitive to excessive heating of the spark gap, which may occur when the spark gap is faulty.
  • the detection means 8 are sensitive to the temperature, and are advantageously located near the spark gap to detect as soon as possible an abnormal heating of the latter, regardless of the heating of a possible circuit associated tripping electronics, or other breaking means, of the circuit breaker type, located near the protection device 1.
  • the protective device 1 of the electrical installation should be disconnected as soon as possible and then replaced.
  • the protection device 1 comprises disconnection means 9, able to ensure, under the control of the detection means 8, isolation of the device of the invention. protection 1 vis-à-vis the electrical installation when a failure of the spark gap is detected.
  • the detection means 8 being directly sensitive to the state of heating of the spark gap, they are designed to trigger the disconnection means 9 when the temperature of the spark gap exceeds a predetermined threshold value.
  • the isolation of the spark gap is immediate, which in particular limits the risk of fire.
  • the disconnection means 9 are formed by movable insulating means 10 capable of coming, under the control of the detection means 8, that is to say when a failure of the spark gap is detected by these, position themselves between the electrodes 2, 3 to increase the isolation between them.
  • the insulating means 10 are adapted to increase the electrical isolation capacitances of the inter-electrode space 4, and therefore the energy required for an electric arc to be formed between the electrodes 2, 3.
  • the protection device 1 according to the invention also makes it possible to avoid using a complex additional cut-off device, such as a circuit breaker.
  • the insulating means 10 are formed by an insulating piece 11 mounted movably within the housing 7 so as to be able to move between the electrodes 2, 3 in order to increase the isolation distance between the latter when a failure, and in particular a heating of the spark gap, is detected by the detection means 8.
  • isolation distance here refers to the distance that the electric arc must travel to electrically connect the electrodes 2, 3. It exists, when the spark gap is operational, that is to say non-degraded , a so-called “functional " isolation distance, which corresponds substantially to the width of the inter-electrode gap 4 necessary for an electric arc to start when an overvoltage reaching or exceeding a predetermined threshold value occurs.
  • the insulating part 11 is therefore advantageously designed to increase the isolation distance between the electrodes 2, 3, so that the latter exceeds the above-mentioned functional isolation distance.
  • the protective device 1 is advantageously dimensioned so that this energy is never reached in the usual operating conditions of the spark gap, which ensures the electrical insulation of the latter.
  • the width of the inter-electrode space is not necessarily constant and can vary along the electrodes 2, 3.
  • the electrodes 2, 3 can advantageously have a V shape, the V hollow, which has the distance the weakest isolation, then advantageously forming the ignition zone 40 of the electric arc.
  • the insulating part 11 is advantageously mounted movably between a first position (illustrated on the figure 2 ) in which it allows the free operation of the protective device 1, and in particular the formation of an electric arc 15 in the inter-electrode space 4, more precisely in the priming zone 40, and a second position (illustrated on the figure 3 ) in which it increases the isolation distance between the electrodes 2, 3, thus preventing the maintenance or rebooting of the electric arc, and ensuring simultaneously the final disconnection of the protective device 1 vis-à-vis the electrical installation.
  • the insulating part 11 is mounted mobile in translation between its first and second positions, under the constraint of an actuating means, and preferably under the constraint of an elastic return means 12 of the spring type.
  • the electrodes 2, 3 comprise parallel branches 2A, 3A spaced apart from one another and forming a slideway 13 in which the insulating part 11 is slidable under the stress exerted by the elastic return means 12.
  • the second position of the insulating part 11 may advantageously be defined by a stop member B against the displacement thereof.
  • said abutment B may be located, at least partially, within the inter-electrode space 4, so that the insulating part 11, after having been released, continues its race until it meets said abutment B in said inter-electrode space 4.
  • the insulating part 11 is advantageously maintained by the detection means 8, which are for example formed by a fuse element 14, fixed relative to the housing 7 and for example secured to the latter.
  • the fuse element 14 is preferably located near and preferably in physical contact with the insulating part 11, so as to detect, by conduction, the heating of the latter.
  • the fuse element 14 is preferably formed by a calibrated tin-lead alloy to break or melt beyond the usual operating temperatures of the spark gap.
  • the fuse element 14 is advantageously electrically isolated from the electrodes 2, 3, for example by interposition of a dielectric material.
  • the detection means 8 are preferably mounted within the protective device 1 so as to release the disconnection means 9, and in particular the insulating means 10 (for example the insulating part 11) when a malfunction of the spark gap is detected.
  • the insulating means 10, in particular the insulating part 11, are held directly or indirectly by the fuse element 14, such that the melting or breaking of the latter causes the release of the insulating means 10.
  • the element fuse 14 and the insulating means 10 are thus advantageously mounted relative to each other so that the fuse element 14 forms a stop against the displacement of the insulating means 10 under the action of the restoring force F exerted by the elastic return means 12.
  • the restoring force F exerted by the elastic return means 12 is directed towards the inter-electrode space 4, so as to push the insulating part 11 deeper inside the inter-electrode space 4 when a spark gap failure is detected.
  • the insulating part 11 can form, in its first position, an insulating initiation aid to control the initiation of the electric arc 15 between the electrodes 2, 3.
  • the insulating part 11 then allows better to control the level of protection of protection device 1 compared to devices without a booster auxiliary.
  • an overvoltage greater than the trigger threshold of the spark gap occurs, an electric arc 15 is initiated between the electrodes 2, 3, along the surface S of the insulating piece 11 located at the interface with the gas.
  • the insulating element 11 and the priming aid may be arranged superimposed between the parallel branches 2A, 3A, electrodes 2, 3.
  • the priming aid is preferably fixed and the insulating part 11 is mobile. so as to be able to assume its function of isolation of the protective device 1.
  • the insulating part 11 and the priming aid are preferably formed by an insulating material such as ceramic.
  • the protective device 1 advantageously comprises an insulating ignition aid 16 which, in the operative position, is arranged between the electrodes 2, 3 so as to better control and control the initiation of an electric arc 15 between the electrodes.
  • the electric arc 15 is then formed in the air, along the surface S 'of the priming aid 16.
  • the priming aid 16 is advantageously mounted movably between its functional position (illustrated in FIG. figure 4 ) and a withdrawal position (shown on the figure 5 ) in which it is located outside the inter-electrode space 4.
  • a current significant short circuit flows between the electrodes 2, 3, along the ignition auxiliary 16, which has the effect of significantly increasing the temperature of the spark gap, and therefore, by conduction, that of the ignition aid 16.
  • the elastic return means 12 ' is designed to exert a restoring force F' directed in the direction opposite to the inter-electrode space 4 so as to ensure the withdrawal of the priming aid 16.
  • the means of resilient return 12 'is thus designed to move from an extension configuration, illustrated on the figure 4 , to a rest configuration illustrated on the figure 5 .
  • the insulating means 10 are advantageously formed by a gas, and for example by the air G located inside the housing 7 and able to be substituted, in the inter-electrode space 4, for the ignition aid 16 when the latter comes into its position of withdrawal illustrated on the figure 5 .
  • the used priming aid 16 and the conductive deposit 18 are removed simultaneously from the inter-electrode space 4, and replaced by the gas.
  • the gas, whose insulating capacity is greater (lower dielectric constant) than the priming aid 16, thus effectively ensures the isolation of the electrodes 2, 3 relative to each other.
  • the protective device 1 may advantageously comprise indicating means (not shown) of the state of the spark gap.
  • These indication means are advantageously functionally connected to the detection means, and preferably mechanically connected, directly or indirectly, to the insulating piece 11 or to the triggering aid 16.
  • the indication means can be formed by a separate piece of the insulating part 11 or the triggering auxiliary 16, capable of moving opposite a window in the housing 7, when a failure of the spark gap is detected. It is also conceivable to provide a protection device 1 in which the indication means and the insulating part 11 (or the priming aid 16) are formed by one and the same piece.
  • the protective device 1 advantageously comprises a breaking chamber 20, formed by an arrangement of metal splitting plates 21 located at the end of the inter-electrode space. 4 opposite to the priming zone 40.
  • the interrupting chamber 20 thus ensures the cutting of the electric arc into a plurality of elementary arcs, so as to allow its extinction.
  • the electric arc 15, initially formed in the priming zone 40 propagates, thanks to the V shape of the electrodes 2, 3, to the interrupting chamber 20 where it goes out.
  • the displacement of the latter inside the inter-electrode space 4 in the direction of of the breaking chamber 20, has the effect of causing an elongation of the electric arc 15 and to drive the latter to the breaking chamber 20, thus accelerating its extinction.
  • the breaking chamber 20 will be arranged, at least partially, on the path of the insulating part 11, so that the latter will stop when its end comes into contact with said breaking chamber 20, for example at a or several fractionating plates 21.
  • the interrupting chamber 20 will preferably form the abutment B which defines the second position of the insulating part 11.
  • the present invention also relates to a method of electrical insulation of a protection device 1 of an electrical installation against overvoltages comprising at least two electrodes 2, 3 delimiting an inter-electrode gap 4 forming a spark gap.
  • the method comprises a step (a) for detecting a malfunction of the spark gap, followed, if a failure is detected, with a step (b) of disconnection of the spark gap vis-à-vis the electrical installation.
  • the step (a) of detection comprises a phase of detection of the heating of the spark gap.
  • the step (b) of disconnection advantageously comprises a phase of interposition of insulating means 10 between the electrodes 2, 3 of the protection device 1 so as to increase the isolation between the latter, thus ensuring the electrical isolation the protection device 1 vis-à-vis the electrical installation.
  • the interposition phase advantageously comprises a phase of increasing the isolation distance between the electrodes 2, 3 with the aid of an insulating part 11.
  • the interposition phase comprises a phase of displacement of the insulating part 11 in the inter-electrode space 4.
  • a variant of this method which can be implemented when the protection device 1 comprises an insulating initiation aid 16, arranged between the electrodes 2, 3, consists in carrying out, during the interposition phase, a substitution of the ignition auxiliary 16 by a gas, in particular air, the gas then forming the insulating means 10.
  • the isolation method according to the invention further comprises a step (c) of indicating to a third party, for example to an operator, that the protective device 1 is faulty and that it is necessary to make his change.
  • the insulating part 11, respectively the priming aid 16 are arranged to allow the initiation of an electric arc 15 along the surface S, S 'between the electrodes 2, 3.
  • the electric arc 15 then allows to flow, for example to earth, the current generated by the overvoltage.
  • This electric arc 15 can lead, gradually or rapidly, depending on the intensity and duration of the voltage disturbances, to an erosion of the surface of the electrodes 2, 3, thus causing the formation of a conductive pollution in the internal space.
  • This conductive pollution is reflected in particular by the formation of a conductive deposit 18 on the surface S or S '. In this case, there is conduction of a large current along the conductive deposit 18, resulting in excessive heating of the spark gap and the insulating part 11 (respectively of the priming aid 16).
  • This excessive heating is then transmitted, for example by conduction, to the fuse element 14 which, when the temperature exceeds a predetermined critical value, begins to melt (or to break).
  • the fusion (or rupture) of the fuse element 14 then releases the insulating means 10, for example the insulating part 11 or the gas, which then penetrate inside the inter-electrode space 4, interposing between the electrodes 2, 3 so as to increase the isolation, and for example the isolation distance, between them.
  • the electric arc 15 elongates, then is driven to the interrupting chamber 20 where it extinguishes. Since the energy required for the formation of a new electric arc is particularly high because of the large isolation distance between the electrodes 2, 3, the protection device 1 is then isolated, so that effective and definitive, of the electrical installation.
  • the invention therefore ensures, in the event of failure of the spark gap, a quick and reliable disconnection of the protection device 1 vis-à-vis the electrical installation, without disturbing the latter.
  • protection device 1 can be in the form of an interchangeable cartridge, thus facilitating its handling by a non-expert user.
  • Another advantage of the protective device 1 according to the invention is that it is not resettable and therefore constitutes a safer device than the devices of the prior art.
  • the protection device 1 according to the invention also makes it possible to immediately report to the user any malfunction, thus enabling its rapid replacement.
  • the invention finds its industrial application in the manufacture of devices for protecting electrical installations against overvoltages.

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Cable Accessories (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

    DOMAINE TECHNIQUE
  • La présente invention se rapporte au domaine technique général des dispositifs de protection d'équipements ou d'installations électriques contre les surtensions, et notamment les surtensions transitoires dues à la foudre.
  • La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de protection contre les surtensions dues notamment à un impact de foudre destiné à être raccordé à une installation électrique et comprenant au moins deux électrodes délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur.
  • L'invention concerne également un procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection contre les surtensions destiné à être raccordé à une installation électrique et comprenant au moins deux électrodes délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur.
    • TECHNIQUE ANTERIEURE
  • Il est connu d'utiliser, pour protéger une installation électrique contre les surtensions, un dispositif de protection basse tension utilisant la technologie des éclateurs, du genre parafoudre à éclateur. Ce dispositif est généralement associé en série avec un organe de coupure externe complémentaire, apte à isoler le dispositif de protection contre les surtensions de l'installation électrique lorsqu'il est traversé par un courant d'intensité trop élevée.
  • Parmi les organes de coupures connus, on utilise le plus souvent des dispositifs de protection contre les surintensités, tels que les disjoncteurs. Ces appareils permettent ainsi d'isoler le dispositif de protection contre les surtensions, tout en évitant l'ouverture des autres organes de coupure générale de l'installation électrique, afin d'assurer une continuité de service de l'alimentation électrique.
  • De tels montages, s'ils permettent d'optimiser le fonctionnement de l'installation électrique tout en garantissant la tenue aux surtensions, souffrent néanmoins d'inconvénients non négligeables liés tout d'abord à la complexité du choix des différents composants.
  • Il s'avère en effet difficile, avec les montages connus, de maîtriser et d'optimiser le niveau de protection de l'installation électrique. En particulier, de tels montages impliquent généralement de prendre en compte, pour parvenir au niveau de protection de l'installation souhaité, non seulement le niveau de protection du parafoudre mais également l'impédance propre du disjoncteur.
  • En outre, le parafoudre et le disjoncteur sont parfois situés à distance l'un de l'autre et l'impédance des conducteurs les reliant est souvent difficile, sinon impossible à calculer précisément, ce qui peut conduire à des erreurs et à une mésestimation du niveau de protection réel de l'installation électrique.
  • Un autre inconvénient des montages connus provient du caractère réarmable des disjoncteurs classiquement utilisés, qui peut induire une confusion dans l'esprit de l'utilisateur. Ainsi, lorsqu'à la suite d'une surintensité, le disjoncteur se déclenche, l'utilisateur conservé la possibilité de réarmer, par exemple manuellement, le disjoncteur, sans prendre en considération la possibilité que le dispositif de protection contre les surtensions soit défaillant, en raison notamment de l'intensité de la surtension subie. L'installation apparaît alors protégée aux yeux de l'utilisateur, alors que le dispositif de protection contre les surtensions est fortement dégradé, et n'est plus en mesure d'assumer sa fonction de protection. Ainsi, l'utilisateur court le risque qu'une nouvelle surtension détériore l'équipement électrique non protégé.
  • Encore un autre inconvénient des montages connus provient de la complexité technique, de l'encombrement et des coûts de fabrication importants générés par l'association d'un parafoudre et d'un disjoncteur .
  • Le document DE-C-554 319 décrit un dispositif de protection contre les surtensions selon le préambule de la revendication 1 et un procédé d'isolation électrique, selon le préambule de la revendication 20.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions ne présentant pas les inconvénients énumérés précédemment et susceptible, en cas de défaillance, d'être déconnecté définitivement de l'installation électrique.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions présentant une bonne fiabilité de déconnexion.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions qui soit particulièrement facile à utiliser, limitant ainsi le risque d'erreur pour l'opérateur.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions présentant une structure constructive compacte, robuste et peu coûteuse.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions dont la fabrication ne nécessite que des composants standards, et susceptible d'être obtenu facilement sans modifier fondamentalement la structure globale des dispositifs de protection à éclateur connus.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions dont l'état de fonctionnement peut être facilement surveillé.
  • Les objets assignés à l'invention visent également à proposer un nouveau procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions permettant, de façon simple et à l'aide de composants standards, d'isoler efficacement le dispositif en cas de défaillance de ce dernier.
  • Un autre objet de l'invention vise à proposer un nouveau procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection d'une installation électrique contre les surtensions permettant d'effectuer une surveillance étroite de l'état de fonctionnement du dispositif.
  • Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un dispositif de protection contre les surtensions dues notamment à un impact de foudre destiné à être raccordé à une installation électrique, lequel comprend au moins deux électrodes délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, ainsi que :
    • des moyens de détection, sensibles à l'état de l'éclateur et aptes à détecter un dysfonctionnement de ce dernier, et
    • des moyens de déconnexion, aptes à assurer, sous la dépendance des moyens de détection, l'isolement du dispositif de protection vis-à-vis de l'installation électrique lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée par les moyens de détection.
    caractérisé en ce que les moyens de déconnexion sont formés par des moyens isolants, aptes à venir, sous la dépendance des moyens de détection, se positionner entre les électrodes en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières.
  • Les objets assignés à l'invention sont également atteints à l'aide d'un procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection contre les surtensions destiné à être raccordé à une installation électrique et comprenant au moins deux électrodes délimitant un espace inter-électrodes formant éclateur, ledit procédé comportant successivement :
    • une étape (a) de détection d'un dysfonctionnement de l'éclateur,
    • une étape (b) de déconnexion de l'éclateur vis-à-vis de l'installation électrique lorsqu'une défaillance est détectée au cours de l'étape (a),
    caractérisé en ce que l'étape (b) de déconnexion comporte une phase d'interposition de moyens isolants entre les électrodes du dispositif de protection de manière à augmenter l'isolement entre ces dernières, assurant ainsi l'isolation électrique du dispositif de protection vis-à-vis de l'installation électrique. DESCRIPTIF SOMMAIRE DES DESSINS
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus en détails à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés donnés à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels:
    • La figure 1 illustre, selon une vue en coupe, un dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention.
    • La figure 2 illustre, selon une vue schématique, un premier mode de réalisation du dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention dans sa position de service.
    • La figure 3 illustre, selon une vue schématique, le dispositif de protection illustré sur la figure 2 dans sa position déconnectée.
    • La figure 4 illustre, selon une vue schématique, un deuxième mode de réalisation du dispositif de protection conforme à l'invention dans sa position de service.
    • La figure 5 illustre, selon une vue schématique, le dispositif de protection illustré sur la figure 4 dans sa position déconnectée.
    MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION
  • Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est destiné à être branché en dérivation (ou en parallèle) sur l'équipement ou l'installation électrique à protéger. L'expression « installation électrique » fait référence à tout type d'appareil ou réseau susceptible de subir des perturbations de tension, notamment des surtensions transitoires dues à la foudre.
  • Le dispositif de protection contre les surtensions conforme à l'invention est avantageusement destiné à être disposé entre une phase de l'installation à protéger et la terre. Il est par ailleurs envisageable, sans pour autant sortir du cadre de l'invention, que le dispositif de protection, au lieu d'être branché en dérivation entre une phase et la terre, soit branché entre le neutre et la terre, entre la phase et le neutre, ou encore entre deux phases (cas d'une protection différentielle).
  • Un exemple de réalisation d'un dispositif de protection 1 conforme à l'invention est illustré sur la figure 1.
  • Tel qu'illustré sur la figure 1, le dispositif de protection 1 se présente avantageusement sous la forme d'un parafoudre à éclateur. Le dispositif de protection 1 comporte ainsi au moins deux électrodes, par exemple une première électrode 2 et une deuxième électrode 3 délimitant un espace inter-électrodes 4 formant éclateur. Les première et deuxième électrodes 2, 3 peuvent ainsi avantageusement former les électrodes principales de l'éclateur.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte également, avantageusement, des branches de raccordement 5, 6 à l'installation électrique ou au réseau d'alimentation électrique, permettant de connecter électriquement le dispositif de protection 1 à l'installation électrique (non représentée) à protéger.
  • Tel que cela est illustré sur les figures 2 à 5, les électrodes 2, 3 et les branches de raccordement 5, 6 peuvent avantageusement être formées par une même pièce conductrice, par exemple métallique. L'ensemble de ces éléments est avantageusement monté au sein d'un boîtier 7 isolant. Selon une variante non représentée aux figures, le boîtier 7 peut constituer un module (ou cartouche) émbrochable sur un socle, facilitant ainsi la mise en place ou le retrait du dispositif de protection 1 par l'opérateur.
  • De façon préférentielle, l'espace inter-électrodes 4 est rempli, au moins partiellement, avec un gaz, de préférence avec de l'air de manière à former un milieu diélectrique entre les électrodes 2, 3. L'espace inter-électrodes 4 forme dans ce cas un éclateur à air. Dans la suite de la description, on considère que le dispositif de protection 1 est basé sur la technologie des éclateurs à air. Il est toutefois bien évidemment envisageable, sans sortir du cadre de l'invention, que le dispositif de protection 1 conforme à l'invention utilise la technologie des éclateurs encapsulés, l'air étant alors remplacé par un gaz, par exemple un gaz rare maintenu sous une pression contrôlée.
  • De tels éclateurs, qu'ils soient de type à air ou encapsulés, subissent, au cours de leur vie, une dégradation. Cette dégradation peut être progressive ou brutale, notamment l'éclateur est utilisé de façon intensive ou répétée, avec une fréquence élevée. Plusieurs phénomènes, propres aux éclateurs, peuvent conduire à cette dégradation du dispositif de protection.
  • Ainsi, lorsqu'une surtension se produit, dépassant une valeur seuil prédéterminée correspondant à la tension seuil de déclenchement de l'éclateur, un arc électrique 15, correspondant à l'ionisation du gaz situé dans l'espace inter-électrodes 4, se forme entre les électrodes 2, 3 et écoule, par exemple à la terre, le courant correspondant à la surtension. Le dispositif de protection 1 dévie alors le courant et permet de préserver l'installation électrique. Cependant, en cas de surtension d'amplitude trop importante, ou de fonctionnement répété ou prolongé du dispositif de protection 1, l'arc électrique peut provoquer une érosion des électrodes 2, 3, par arrachement de particules métalliques sur la surface de ces dernières. Ces particules métalliques sont alors susceptibles de se déposer à un autre endroit dans l'espace inter-électrodes, créant ainsi une pollution conductrice au sein de l'éclateur. Cette pollution peut conduire, lorsqu'elle est importante, à une défaillance de l'éclateur, plusieurs évolutions étant alors possibles jusqu'à la fin de vie de l'éclateur.
  • Tout d'abord, si l'éclateur est pourvu d'un auxiliaire d'amorçage isolant, se présentant par exemple sous la forme d'une lamelle diélectrique interposée entre les électrodes, les particules métalliques peuvent se déposer sur la surface de la lamelle diélectrique, formant ainsi un dépôt conducteur entre les électrodes. Ce dépôt conducteur forme progressivement un pont métallique entre les électrodes, court-circuitant l'éclateur. Un courant de court-circuit important peut alors s'écouler, par conduction, à la surface de la lamelle diélectrique, entraînant alors un échauffement important de l'éclateur.
  • En l'absence d'auxiliaire d'amorçage isolant, l'arrachement des particules métalliques à la surface des électrodes peut conduire :
    • soit à une dégradation du niveau de protection de l'éclateur, en raison de l'augmentation non maîtrisée de la tension seuil de déclenchement de l'éclateur,
    • soit à la formation d'un chemin conducteur préférentiel entre les électrodes, provenant de la formation d'un pont conducteur partiel ou total entre les électrodes. Dans ce dernier cas, on observe également le passage d'un courant important le long de ce pont, entraînant un échauffement anormal de l'éclateur.
  • Lorsque ce phénomène se produit, il convient de déconnecter, le plus rapidement possible, le dispositif de protection et de le remplacer, puisqu'il n'est plus en mesure de protéger correctement l'installation électrique.
    Cependant, la fin de vie de l'éclateur est aléatoire, de telle sorte qu'il est particulièrement difficile, sinon impossible, de prévoir à l'avance son remplacement.
  • C'est la raison pour laquelle, selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte des moyens de détection 8, sensibles à l'état de l'éclateur et aptes à détecter un dysfonctionnement de ce dernier. En d'autres termes, les moyens de détection sont conçus pour détecter une éventuelle défaillance du comportement de l'éclateur, entraînant, par exemple, un échauffement excessif de ce dernier.
  • Plus précisément, les moyens de détection 8 sont avantageusement sensibles à un échauffement excessif de l'éclateur, susceptible de se produire lorsque l'éclateur est défaillant. En d'autres termes, les moyens de détection 8 sont sensibles à la température, et sont avantageusement situés à proximité de l'éclateur pour détecter le plus rapidement possible un échauffement anormal de ce dernier, indépendamment de l'échauffement d'un éventuel circuit électronique de déclenchement associé, ou d'autres moyens de coupure, du type disjoncteurs, situés à proximité du dispositif de protection 1.
  • Lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée, il convient de déconnecter, le plus rapidement possible, le dispositif de protection 1 de l'installation électrique, puis de le remplacer.
  • A cet effet, et selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte des moyens de déconnexion 9, aptes à assurer, sous la dépendance des moyens de détection 8, d'isolement du dispositif de protection 1 vis-à-vis de l'installation électrique lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée.
  • Ainsi, les moyens de détection 8 étant directement sensibles à l'état d'échauffement de l'éclateur, ils sont conçus de manière à déclencher les moyens de déconnexion 9 lorsque la température de l'éclateur dépasse une valeur seuil prédéterminée. L'isolement de l'éclateur est immédiat, ce qui permet notamment de limiter les risques d'incendie.
  • Avantageusement, les moyens de déconnexion 9 sont formés par des moyens isolants 10 déplaçables aptes à venir, sous la dépendance des moyens de détection 8, c'est-à-dire lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée par ces derniers, se positionner entre les électrodes 2, 3 en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières. En d'autres termes, les moyens isolants 10 sont adaptés pour augmenter les capacités d'isolement électrique de l'espace inter-électrodes 4, et donc l'énergie nécessaire pour qu'un arc électrique se forme entre les électrodes 2, 3.
  • Ainsi, en maîtrisant la conception des moyens isolants 10, et la qualité de l'isolement créé entre les électrodes 2, 3, il est possible de garantir l'isolation électrique du dispositif de protection 1 pour des conditions d'utilisation données.
  • Outre sa compacité, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention permet en outre d'éviter d'avoir recours à un organe de coupure supplémentaire complexe, tel qu'un disjoncteur. Les moyens isolants 10 conformes à l'invention, associés aux moyens de détection 8, permettent donc d'assurer une déconnexion rapide et fiable du dispositif de protection 1 en cas de défaillance de ce dernier.
  • Plusieurs modes de réalisation du dispositif de protection 1 conforme à l'invention vont maintenant être décrits en se référant aux figures 2 à 5.
  • Selon un premier mode de réalisation de l'invention, illustré sur les figures 2 et 3, les moyens isolants 10 sont formés par une pièce isolante 11 montée mobile au sein du boîtier 7 de manière à pouvoir se déplacer entre les électrodes 2, 3 en vue d'augmenter la distance d'isolement entre ces dernières lorsqu'une défaillance, et notamment un échauffement de l'éclateur, est détectée par les moyens de détection 8.
  • L'expression « distance d'isolement » fait ici référence à la distance que doit parcourir l'arc électrique pour relier électriquement les électrodes 2, 3. Il existe, lorsque l'éclateur est opérationnel, c'est-à-dire non dégradé, une distance d'isolement dite « fonctionnelle », qui correspond, sensiblement à la largeur de l'espace inter-électrodes 4 nécessaire pour qu'un arc électrique s'amorce lorsque une surtension atteignant ou dépassant une valeur seuil prédéterminée se produit. La pièce isolante 11 est par conséquent avantageusement conçue pour augmenter la distance d'isolement entre les électrodes 2, 3, de telle sorte que cette dernière dépasse la distance d'isolement fonctionnelle susmentionnée.
  • Ainsi, lorsque la pièce isolante 11 vient, tel que cela est illustré sur les figures 1 et 3, pénétrer à l'intérieur de l'espace inter-électrodes 4, elle augmente de manière significative le chemin que doit parcourir l'arc électrique pour la contourner, augmentant ainsi dans le même temps l'énergie nécessaire pour maintenir ou réamorcer l'arc électrique. Le dispositif de protection 1 conforme l'invention est avantageusement dimensionné pour que cette énergie ne soit jamais atteinte dans les conditions usuelles de fonctionnement de l'éclateur, ce qui permet de garantir l'isolation électrique de ce dernier.
  • La largeur de l'espace inter-électrodes n'est pas nécessairement constante et peut varier le long des électrodes 2, 3. Ainsi, les électrodes 2, 3 peuvent avantageusement présenter une forme en V, le creux du V, qui présente la distance d'isolement la plus faible, formant alors avantageusement la zone d'amorçage 40 de l'arc électrique.
  • La pièce isolante 11 est avantageusement montée mobile entre une première position (illustrée sur la figure 2) dans laquelle elle autorise le libre fonctionnement du dispositif de protection 1, et notamment la formation d'un arc électrique 15 dans l'espace inter-électrodes 4, plus précisément dans la zone d'amorçage 40, et une deuxième position (illustrée sur la figure 3) dans laquelle elle augmente la distance d'isolement entre les électrodes 2, 3, empêchant ainsi le maintien ou le réamorçage de l'arc électrique, et assurant simultanément la déconnexion définitive du dispositif de protection 1 vis-à-vis de l'installation électrique.
  • Avantageusement, la pièce isolante 11 est montée mobile en translation entre sa première et sa deuxième positions, sous la contrainte d'un moyen d'actionnement, et de préférence sous la contrainte d'un moyen de rappel élastique 12, du genre ressort. Selon l'exemple de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, les électrodes 2, 3 comportent des branches parallèles 2A, 3A distantes l'une de l'autre et formant une glissière 13 dans laquelle la pièce isolante 11 est susceptible de coulisser sous la contrainte exercée par le moyen de rappel élastique 12.
  • De plus, la deuxième position de la pièce isolante 11 peut avantageusement être définie par un élément formant butée B à l'encontre du déplacement de celle-ci. En particulier, ladite butée B peut être située, au moins partiellement, au sein de l'espace inter-électrodes 4, de sorte que la pièce isolante 11, après avoir été libérée, poursuive sa course jusqu'à rencontrer ladite butée B dans ledit espace inter-électrodes 4.
  • Dans sa première position illustrée sur la figure 2, la pièce isolante 11 est avantageusement maintenue par les moyens de détection 8, lesquels sont par exemple formés par un élément fusible 14, fixe relativement au boîtier 7 et par exemple solidarisé avec ce dernier. L'élément fusible 14 est préférentiellement situé à proximité et de préférence en contact physique avec la pièce isolante 11, de manière à détecter, par conduction, l'échauffement de cette dernière. Avantageusement, l'élément fusible 14 est préférentiellement formé par un alliage étain-plomb calibré pour se rompre ou fondre au-delà des températures usuelles de fonctionnement de l'éclateur. L'élément fusible 14 est avantageusement isolé électriquement des électrodes 2, 3, par exemple par interposition d'un matériau diélectrique.
  • Avantageusement, les moyens de détection 8 sont préférentiellement montés au sein du dispositif de protection 1 de manière à libérer les moyens de déconnexion 9, et notamment les moyens isolants 10 (par exemple la pièce isolante 11) lorsqu'un dysfonctionnement de l'éclateur est détecté.
  • De façon préférentielle, les moyens isolants 10, notamment la pièce isolante 11, sont maintenus directement ou indirectement par l'élément fusible 14, de telle sorte que la fusion ou la rupture de ce dernier entraîne la libération des moyens isolants 10. L'élément fusible 14 et les moyens isolants 10 sont ainsi avantageusement montés l'un par rapport aux autres de telle manière que l'élément fusible 14 forme une butée à l'encontre du déplacement des moyens isolants 10 sous l'action de la force de rappel F exercée par le moyen de rappel élastique 12. Selon la variante de réalisation illustrée sur les figures 2 et 3, la force de rappel F exercée par le moyen de rappel élastique 12 est dirigée vers l'espace inter-électrodes 4, de manière à repousser la pièce isolante 11 plus profondément à l'intérieur de l'espace inter-électrodes 4 lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée.
  • De façon particulièrement avantageuse, la pièce isolante 11 peut former, dans sa première position, un auxiliaire d'amorçage isolant permettant de maîtriser l'amorçage de l'arc électrique 15 entre les électrodes 2, 3. La pièce isolante 11 permet alors de mieux maîtriser le niveau de protection du dispositif de protection 1 par rapport aux dispositifs dépourvus d'auxiliaire d'amorçage. En particulier, si une surtension d'amplitude supérieure à la valeur seuil de déclenchement de l'éclateur se produit, un arc électrique 15 s'amorce entre les électrodes 2, 3, le long de la surface S de la pièce isolante 11 située à l'interface avec le gaz.
  • Il est néanmoins bien évidemment envisageable de réaliser un dispositif de protection 1 pourvu d'un auxiliaire d'amorçage indépendant, distinct de la pièce isolante 11. Selon cette variante, non représentée aux figures, la pièce isolante 11 et l'auxiliaire d'amorçage peuvent par exemple être disposés de façon superposée entre les branches parallèles 2A, 3A, des électrodes 2, 3. Dans ce cas, l'auxiliaire d'amorçage est préférentiellement fixe et la pièce isolante 11 mobile de manière à pouvoir assumer sa fonction d'isolement du dispositif de protection 1. La pièce isolante 11 et l'auxiliaire d'amorçage sont préférentiellement formés par un matériau isolant tel que la céramique.
  • Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré aux figures 4 et 5, le dispositif de protection 1 comprend avantageusement un auxiliaire d'amorçage 16 isolant qui, en position fonctionnelle, est disposé entre les électrodes 2, 3 de manière à mieux contrôler et maîtriser l'amorçage d'un arc électrique 15 entre les électrodes. Les électrodes 2, 3, plus précisément les branches parallèles 2A, 3A de ces dernières, viennent avantageusement en appui étanche contre l'auxiliaire d'amorçage 16. L'arc électrique 15 se forme alors dans l'air, le long de la surface S' de l'auxiliaire d'amorçage 16.
  • L'auxiliaire d'amorçage 16 est avantageusement monté mobile entre sa position fonctionnelle (illustrée sur la figure 4) et une position de retrait (illustrée sur la figure 5) dans laquelle il se situe hors de l'espace inter-électrodes 4. En cas de dégradation de l'éclateur, et de formation d'un dépôt conducteur 18 sur la surface S' de l'auxiliaire d'amorçage 16, un courant de court-circuit important s'écoule entre les électrodes 2, 3, le long de l'auxiliaire d'amorçage 16, ce qui a pour effet d'augmenter significativement la température de l'éclateur, et donc, par conduction, celle de l'auxiliaire d'amorçage 16.
  • Les moyens de détection 8, notamment l'élément fusible 14, situés avantageusement à proximité et de préférence en contact physique avec l'auxiliaire d'amorçage 16 détectent alors, par conduction, l'échauffement de ce dernier et libèrent, par fusion ou rupture, l'auxiliaire d'amorçage 16. Ce dernier se trouve alors ramené, sous l'action d'un moyen de rappel élastique 12', vers sa position de retrait illustrée sur la figure 5. En particulier, le moyen de rappel élastique 12' est conçu pour exercer une force de rappel F' dirigée en direction opposée à l'espace inter-électrodes 4 de manière à assurer le retrait de l'auxiliaire d'amorçage 16. Le moyen de rappel élastique 12' est ainsi conçu pour passer d'une configuration d'extension, illustrée sur la figure 4, à une configuration de repos illustrée sur la figure 5.
  • Dans ce mode de réalisation, les moyens isolants 10 sont avantageusement formés par un gaz , et par exemple par l'air G situé à l'intérieur du boîtier 7 et apte à se substituer, dans l'espace inter-électrodes 4, à l'auxiliaire d'amorçage 16 lorsque ce dernier vient dans sa position de retrait illustrée sur la figure 5. Ainsi, l'auxiliaire d'amorçage 16 usagé et le dépôt conducteur 18 sont retirés simultanément de l'espace inter-électrodes 4, et remplacés par le gaz. Le gaz, dont la capacité d'isolation est plus importante (constante diélectrique plus faible) que l'auxiliaire d'amorçage 16, assure ainsi efficacement l'isolement des électrodes 2, 3 l'une par rapport à l'autre.
  • Quel que soit le mode de réalisation utilisé, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention peut avantageusement comporter des moyens d'indication (non représentés) de l'état de l'éclateur. Ces moyens d'indication sont avantageusement reliés fonctionnellement aux moyens de détection, et préférentiellement reliés mécaniquement, directement ou indirectement, à la pièce isolante 11 ou à l'auxiliaire de déclenchement 16. Les moyens d'indication peuvent être formés par une pièce distincte de la pièce isolante 11 ou de l'auxiliaire de déclenchement 16, susceptible de se déplacer en regard d'une fenêtre ménagée dans le boîtier 7, lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée. Il est également envisageable de réaliser un dispositif de protection 1 dans lequel les moyens d'indication et la pièce isolante 11 (ou l'auxiliaire d'amorçage 16) sont formés par une seule et même pièce.
  • De façon classique et connue en tant que telle, le dispositif de protection 1 conforme à l'invention comporte avantageusement une chambre de coupure 20, formée par un agencement de plaques de fractionnement métalliques 21 situé à l'extrémité de l'espace inter-électrodes 4 opposée à la zone d'amorçage 40. La chambre de coupure 20 permet ainsi d'assurer le découpage de l'arc électrique en une pluralité d'arcs élémentaires, de manière à permettre son extinction.
  • En particulier, dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 2 et 3, l'arc électrique 15, initialement formé dans la zone d'amorçage 40, se propage, grâce à la forme en V des électrodes 2, 3, vers la chambre de coupure 20 où il s'éteint. En cas de défaillance de l'éclateur, et notamment en cas de pollution de l'espace inter-électrodes 4 ou de la pièce isolante 11, le déplacement de cette dernière à l'intérieur de l'espace inter-électrodes 4, en direction de la chambre de coupure 20, a pour effet de provoquer un allongement de l'arc électrique 15 et de chasser ce dernier vers la chambre de coupure 20, accélérant ainsi son extinction.
  • Selon une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention illustrée sur la figure 3, la chambre de coupure 20 sera disposée, au moins partiellement, sur la trajectoire de la pièce isolante 11, de sorte que cette dernière s'immobilisera lorsque son extrémité arrivera au contact de ladite chambre de coupure 20, par exemple au niveau d'une ou plusieurs plaques de fractionnement 21. Ainsi, la chambre de coupure 20 formera de façon préférentielle la butée B qui définit la deuxième position de la pièce isolante 11.
  • La présente invention concerne également un procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection 1 d'une installation électrique contre les surtensions comprenant au moins deux électrodes 2, 3 délimitant un espace inter-électrodes 4 formant éclateur. Selon l'invention, le procédé comporte une étape (a) de détection d'un dysfonctionnement de l'éclateur, suivie, si une défaillance est détectée, d'une étape (b) de déconnexion de l'éclateur vis-à-vis de l'installation électrique.
  • De façon particulièrement avantageuse, l'étape (a) de détection comporte une phase de détection de l'échauffement de l'éclateur. Par ailleurs, l'étape (b) de déconnexion comporte avantageusement une phase d'interposition de moyens isolants 10 entre les électrodes 2, 3 du dispositif de protection 1 de manière à augmenter l'isolement entre ces dernières, assurant ainsi l'isolation électrique du dispositif de protection 1 vis-à-vis de l'installation électrique.
  • La phase d'interposition comporte avantageusement une phase d'augmentation de la distance d'isolement entre les électrodes 2, 3 à l'aide d'une pièce isolante 11. A cet effet, la phase d'interposition comporte une phase de déplacement de la pièce isolante 11 dans l'espace inter-électrodes 4.
  • Une variante de ce procédé, susceptible d'être mise en oeuvre lorsque le dispositif de protection 1 comporte un auxiliaire d'amorçage 16 isolant, disposé entre les électrodes 2, 3, consiste à procéder, lors de la phase d'interposition, à une substitution de l'auxiliaire d'amorçage 16 par un gaz, notamment de l'air, le gaz formant alors les moyens isolants 10.
  • De façon particulièrement avantageuse, le procédé d'isolation conforme à l'invention comprend en outre une étape (c) d'indication à un tiers, par exemple à un opérateur, que le dispositif de protection 1 est défaillant et qu'il est nécessaire de procéder à son changement.
  • Le fonctionnement du dispositif de protection conforme à l'invention va maintenant être décrit en se référant aux figures 1 à 5.
  • Dans la configuration fonctionnelle illustrée sur les figures 2 et 4, la pièce isolante 11, respectivement l'auxiliaire d'amorçage 16, sont disposés de manière à permettre l'amorçage d'un arc électrique 15 le long de la surface S, S' entre les électrodes 2, 3. L'arc électrique 15 permet alors d'écouler, par exemple à la terre, le courant généré par la surtension. Cet arc électrique 15 peut conduire, progressivement ou rapidement, suivant l'intensité et la durée des perturbations de tension, à une érosion de la surface des électrodes 2, 3, entraînant ainsi la formation d'une pollution conductrice dans l'espace inter-électrodes 4, et notamment sur la surface S de la pièce isolante 11 ou sur la surface S' de l'auxiliaire d'amorçage 16.
  • Cette pollution conductrice se traduit notamment par la formation d'un dépôt conducteur 18 sur la surface S ou S'. Dans ce cas, il y a conduction d'un courant important le long du dépôt conducteur 18, entraînant un échauffement excessif de l'éclateur et de la pièce isolante 11 (respectivement de l'auxiliaire d'amorçage 16).
  • Cet échauffement excessif est alors transmis, par exemple par conduction, à l'élément fusible 14 qui, lorsque la température dépasse une valeur critique prédéterminée, commence à fondre (ou à se rompre). La fusion (ou la rupture) de l'élément fusible 14 libère ensuite les moyens isolants 10, par exemple la pièce isolante 11 ou le gaz, qui viennent alors pénétrer à l'intérieur de l'espace inter-électrodes 4, s'interposant entre les électrodes 2, 3 de manière à augmenter l'isolement, et par exemple la distance d'isolement, entre ces dernières.
  • Si les moyens isolants 10 sont formés par la pièce isolante 11, l'arc électrique 15 s'allonge, puis est chassé vers la chambre de coupure 20 où il s'éteint. L'énergie nécessaire pour la formation d'un nouvel arc électrique étant particulièrement élevée en raison de la distance d'isolement importante entre les électrodes 2, 3, le dispositif de protection 1 est alors isolé, de façon efficace et définitive, de l'installation électrique.
  • L'invention permet donc d'assurer, en cas de défaillance de l'éclateur, une déconnexion rapide et fiable du dispositif de protection 1 vis-à-vis de l'installation électrique, sans perturber cette dernière.
  • Un autre avantage du dispositif de protection 1 conforme à l'invention est qu'il peut se présenter sous la forme d'une cartouche interchangeable, facilitant ainsi sa manipulation par un utilisateur non expert.
  • Un autre avantage du dispositif de protection 1 conforme à l'invention est qu'il n'est pas réarmable et constitue en conséquence un dispositif plus sûr que les dispositifs de l'art antérieur.
  • Le dispositif de protection 1 conforme à l'invention permet également de signaler immédiatement à l'utilisateur tout dysfonctionnement, permettant ainsi son remplacement rapide.
    • POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE
  • L'invention trouve son application industrielle dans la fabrication de dispositifs de protection d'installations électriques contre les surtensions.

Claims (25)

  1. Dispositif de protection contre les surtensions dues notamment à un impact de foudre destiné à être raccordé à une installation électrique, lequel comprend au moins deux électrodes (2, 3) délimitant un espace inter-électrodes (4) formant éclateur, ainsi que :
    - des moyens de détection (8), sensibles à l'état de l'éclateur et aptes à détecter un dysfonctionnement de ce dernier, et
    - des moyens de déconnexion (9), aptes à assurer, sous la dépendance des moyens de détection (8), l'isolement du dispositif de protection (1) vis-à-vis de l'installation électrique lorsqu'une défaillance de l'éclateur est détectée par les moyens de détection (8).
    caractérisé en ce que les moyens de déconnexion (9) sont formés par des moyens isolants (10), aptes à venir, sous la dépendance des moyens de détection (8), se positionner entre les électrodes (2, 3) en vue d'augmenter l'isolement entre ces dernières.
  2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection (8) sont sensibles à l'échauffement de l'éclateur.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens isolants (10) sont formés par une pièce isolante (11) mobile, apte à se déplacer entre les électrodes (2, 3) de manière à augmenter la distance d'isolement entre ces dernières.
  4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pièce isolante (11) est montée mobile entre une première position, dans laquelle elle autorise le libre fonctionnement du dispositif de protection (1), et une deuxième position dans laquelle elle augmente la distance d'isolement entre les électrodes (2, 3), assurant ainsi la déconnexion du dispositif de protection (1) vis-à-vis de l'installation électrique.
  5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la pièce isolante (11) est montée mobile en translation entre sa première et sa deuxième positions, par exemple sous la contrainte d'un moyen de rappel élastique (12).
  6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que la pièce isolante (11) est maintenue dans sa première position par les moyens de détection (8).
  7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un auxiliaire d'amorçage (16) isolant qui, en position fonctionnelle, est disposé entre les électrodes (2, 3) de manière à maîtriser l'amorçage d'un arc électrique (15) entre les électrodes (2, 3).
  8. Dispositif selon les revendications 3 et 7 caractérisé en ce que la pièce isolante (11) est formée par l'auxiliaire d'amorçage.
  9. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'auxiliaire d'amorçage (16) est monté mobile entre sa position fonctionnelle et une position de retrait, dans laquelle il se situe hors de l'espace inter-électrodes (4).
  10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens isolants (10) sont formés par un gaz, par exemple de l'air, apte à se substituer, dans l'espace inter-électrodes (4), à l'auxiliaire d'amorçage (16) lorsque ce dernier vient dans sa position de retrait.
  11. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de détection (8) sont montés au sein du dispositif de protection (1) de manière à libérer les moyens isolants (10), lorsqu'un dysfonctionnement de l'éclateur est détecté.
  12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de détection (8) sont formés par un élément fusible (14).
  13. Dispositif selon les revendications 1 et 12 caractérisé en ce que les moyens isolants (10) sont maintenus directement ou indirectement par l'élément fusible (14), de telle sorte que la fusion ou la rupture de l'élément fusible (14) entraîne la libération des moyens isolants (10).
  14. Dispositif selon la revendication 2 et l'une des revendications 3 ou 7
    caractérisé en ce que les moyens de détection (8) sont situés à proximité de la pièce isolante (11) et/ou de l'auxiliaire d'amorçage (16), de manière à détecter un échauffement de ces derniers.
  15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'indication de l'état de l'éclateur.
  16. Dispositif selon la revendication 15 caractérisé en ce que les moyens d'indication sont reliés fonctionnellement aux moyens de détection (8).
  17. Dispositif selon les revendications 3 et 16 caractérisé en ce que les moyens d'indication sont reliés mécaniquement à la pièce isolante (11).
  18. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que la deuxième position de la pièce isolante (11) est définie par un élément formant butée (B) à l'encontre du déplacement de celle-ci.
  19. Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de coupure (20) et en ce que ladite chambre de coupure forme la butée (B) qui définit la deuxième position de la pièce isolante (11).
  20. Procédé d'isolation électrique d'un dispositif de protection (1) contre les surtensions destiné à être raccordé à une installation électrique et comprenant au moins deux électrodes (2, 3) délimitant un espace inter-électrodes (4) formant éclateur, ledit procédé comportant successivement :
    - une étape (a) de détection d'un dysfonctionnement de l'éclateur,
    - une étape (b) de déconnexion de l'éclateur vis-à-vis de l'installation électrique lorsqu'une défaillance est détectée au cours de l'étape (a),
    caractérisé en ce que l'étape (b) de déconnexion comporte une phase d'interposition de moyens isolants (10) entre les électrodes du dispositif de protection (1) de manière à augmenter l'isolement entre ces dernières, assurant ainsi l'isolation électrique du dispositif de protection (1) vis-à-vis de l'installation électrique.
  21. Procédé selon la revendication 20 caracterisé en ce que l'étape (a) de détection comporte une phase de détection de l'échauffement de l'éclateur.
  22. Procédé selon la revendication 20 caractérisé en ce que la phase d'interposition comporte une phase d'augmentation de la distance d'isolement entre les électrodes (2, 3).
  23. Procédé selon la revendication 20 caractérisé en ce que la phase d'interposition comporte une phase de déplacement d'une pièce isolante (11) dans l'espace inter-électrodes (4) en vue d'augmenter la distance d'isolement entre les électrodes (2, 3).
  24. Procédé selon la revendication 20 caractérisé en ce que le dispositif de protection (1) comporte un auxiliaire d'amorçage (16) isolant, disposé entre les électrodes (2, 3), et en ce que la phase d'interposition comporte une phase de substitution de l'auxiliaire d'amorçage (16) par un gaz, par exemple de l'air, le gaz formant alors les moyens isolants (10).
  25. Procédé selon l'une des revendications 20 à 24 caractérisé en ce qu'il comporte une étape (c) d'indication aux tiers que le dispositif de protection (1) est défaillant.
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