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SYSTEME DE PROTECTION DES APPAREILS ELECTRIQUES.
On a éprouvé jusqu'ici des difficultés pour protéger de manière efficace contre les surtensions transitoires, les appareils comportant un conducteur monté de manière isolante sur un isolateur de traversée, supporté par une pièce métallique mise à la terre.
Lorsque l'isolateur conduit, à travers la pièce métallique,à la terre, un conducteur à haute tension relié, par exemple, à un enroulement de transformateur dans une cuve dont la pièce métallique fait partie intégrante, on a suggéré de prévoir deux ou plusieurs éclateurs en série, dans l'air, dont les électrodes extrêmes sont consti- tuées par le conducteur supporté par l'isolateur et par la pièce métallique à la terre, la ou les électrodes intermédiaires des éclateurs étant supportées sur une partie in- termédiaire de l'isolateur.
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Toutefois, des éclateurs dans l'air ont le défaut de posséde une caractéristi- que de fonctionnement à pente raide, mais présentant un retard sur celle de l'iso- lement des enroulements du transformateur. Des systèmes plus complexes ,qui possè- dent une caractéristique plus favorable, peuvent, dans bien des cas, être économi- quement indésirables.
La présente invention a pour objet un dispositif de protection simple, du type considéré, et qui, tout en étant très facile à construire, présente une carac- téristique de fonctionnement plus favorable que les éclateurs dans l'air mentionnés ci-dessus.
La protection d'un isolateur de traversée contre des surtensions transitoi- res est obtenue, conformément à la présente invention, par la combinaison d'une part de deux ou plusieurs éclateurs de décharge, du type ouvert, disposés en série, et constituant un shunt entre le conducteur supporté par l'isolateur et une pièce mé- tallique mise à la terre sur laquelle l'isolateur est lui-même monté, la ou les élec- trodes Intermédiaires des éclateurs étant supportées en des points Intermédiaires de l'isolateur, et, d'autre part, d'un autre shunt de résistance élevée, connecté entre les électrodes des éclateurs en série et ayant des prises Intermédiaires reliées a. chaque électrode intermédiaire d'éclateur.
La résistance élevée en parallèle avec les éclateurs en série tend à répar- tir uniformément la tension aux bornes des éclateurs intermédiaires et permet d'obte- nir, à la fréquence de la source d'alimentation, des conditions normales de fonction- nement entre le conducteur et la partie métallique mise à la terre, alors qu'un cas de surtensions transitoires, le réseau capacitif, constitué par les supports des électrodes Intermédiaires des éclateurs sur l'Isolateur et par le conducteur contenu dans l'isolateur, tend à produire une distribution non uniforme de la tension et, par conséquent, offre une possibilité de décharge pour une Impulsion relativement faible.
Pour augmenter la capacité, le conducteur de ligne, ou la partie métallique mise à la terre, peuvent se prolonger à l'intérieur de l'isolateur, et les supporta de la, ou des électrodes intermédiaires des éclateurs sur l'isolateur, peuvent avoir une longueur axiale considérable, présentant la forme de bandes qui entourent la sur- face extérieure de l'isolateur en des points intermédiaires prévus sur sa longueur.
La résistance en shunt peut être constituée par un conducteur de résistance appropriée, disposé cote à cote avec l'Isolateur et connecté aux points voulus aux électrodes des éclateurs; mais elle est, de préférence, constituée par une sorte de glaqure semi-conductrice sur la porcelaine de l'isolateur.
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On va décrire plusieurs exemples de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre non limitatif, en se référant aux figures schématiques ci-jointes et dans lesquelles : - Les figures 1, 2 et 3 montrent, en coupe, trois dispositions d'isolateurs de traversée, auxquels sont appliqués des éclateurs de protection; - Les figures 4, 5 et 6 sont des schémas montrant, respectivement, les oir- cuits électriques équivalents aux dispositifs des figures 1, 2 et 3.
Les dispositions de réalisation qui seront décrites à propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de l'invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien être utilisées sans sortir du cadre de celle-ci.
La figure 1 représente l'invention appliquée à un isolateur de traversée 1, disposé pour faire pénétrer un conducteur électrique 2, de manière isolée, à tra- vers une pièce métallique 3 mise à la terre, On suppose que le conducteur est à haute tension par rapport à la pièce métallique et qu'il représente une borne d'en- roulement de transformateur disposé dans une cuve dont la partie métallique 3 forme partie intégrante.
Dans la réalisation représentée, on dispose deux éclateurs en série entre le conducteur 2 et la plaque 3 mise à la terre, au moyen d'électr@des 4 & 5 reliées électriquement ensemble et supportées sur une partie intermédiaire de l'isolateur, L'électrode 4 est recourbée vers le haut en direction d'une collerette métallique 5' à la partie supérieure de l'isolateur, celle collerette étant en contact avec le conducteur 2, tandis que l'électrode 5 est recourbée vers le bas en direction d'un rebord métallique 3t serré à la partie métallique 3 mise à la terre, et main- tenant l'isolateur en position sur elle.
Les électrodes 4 et 5 sont commodément maintenues sur l'isolateur au moyen d'un collier 7 qui entoure cet isolateur, la longueur axiale de collier étant relativement grande, de manière à augmenter la capacité du conducteur, comme indiqué par le condensateur 8 représenté sur le sché- ma électriquement équivalent de la figure 4.
Au lieu d'allonger le collier 7, on obtient un effet analogue en serrant les électrodes sur un revêtement métallique formé à la surface de l'isolateur. On connecte alors entre le conducteur 2 et la partie métallique 3 mise à la terre, une résistance élevée, représentée par 9 figure 4, et qui peut être constituée, de préférence, par une sorte de glaçure semi-conductrice sur la surface de l'isolateur 1. La résistance élevée 9, branchée en parallèle avec les éclateurs en série, for- @
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-més aux extrémités des électrodes 4 & 5, tend à distribuer de manière uniforme aux bornes des éclateurs intermédiaires, la tension existant entre le conducteur 2 et la partie métallique mise à la terre, dans les conditions du fonctionnement à la fréquence du réseau.
La résistance 9 forme également, en association avec la oapa cité 8, la capacité 10 entre l'extrémité supérieure de l'électrode 4 et le conduc- teur 2, la capacité analogue 11 entre l'extrémité inférieure de l'électrode 5 et la pièce 3 mise à la terre, un réseau de capacités et de résistances qui, lors de sur- tensions transitoires, tend à produire une répartition non uniforme de la tension et par conséquent, offre une possibilité de décharge pour une impulsion relativement faible.
La figure 2 montre un dispositif quelque peu analogue à celui de la figure 1 mais dans le cas où le conducteur 2 est supporté par la partie métallique à la ter- re, sans la traverser.
Dans cet arrangement, la partie métallique mise à la terre possède un pro- longement 12 à l'intérieur de l'Isolateur pour augmenter la capacité, représentée en 13 -figure 5, entre les électrodes 4-5 et la terre. Le circuit électrique modi- fié est représenté figure 5.
Les figures 3 & 6 correspondent, respectivement, aux figures 1 et 2, dans le cas où le conducteur 2 est encore supporté par la pièce métallique mise à la terre sans la traverser, la capacité plus grande entre le conducteur 2 et les élec- trodes Intermédiaires étant obtenue en prolongeant'le conducteur 2 à l'Intérieur de l'isolateur 2, conme Indiqué en 14. Cette capacité est représentée en 15 figure 6.
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ELECTRICAL EQUIPMENT PROTECTION SYSTEM.
Difficulties have hitherto been experienced in effectively protecting against transient overvoltages, devices comprising a conductor insulatingly mounted on a bushing insulator, supported by a grounded metal part.
When the insulator conducts, through the metal part, to earth, a high voltage conductor connected, for example, to a transformer winding in a vessel of which the metal part is an integral part, it has been suggested to provide two or more spark gaps in series, in air, the end electrodes of which are constituted by the conductor supported by the insulator and by the metal part to the earth, the intermediate electrode or electrodes of the spark gaps being supported on an intermediate part of the insulator.
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However, spark gaps in air have the defect of having a steeply sloping operating characteristic, but lagging behind that of the insulation of the transformer windings. More complex systems, which have a more favorable characteristic, can in many cases be economically undesirable.
The present invention relates to a simple protection device, of the type considered, and which, while being very easy to construct, has a more favorable operating characteristic than the air gaps mentioned above.
The protection of a bushing insulator against transient overvoltages is obtained, in accordance with the present invention, by the combination on the one hand of two or more discharge spark gaps, of the open type, arranged in series, and constituting a shunt. between the conductor supported by the insulator and a grounded metal part on which the insulator is itself mounted, the Intermediate spark gap electrode (s) being supported at Intermediate points of the insulator, and , on the other hand, another high resistance shunt, connected between the electrodes of the spark gaps in series and having Intermediate taps connected to a. each intermediate spark gap electrode.
The high resistance in parallel with the series spark gaps tends to distribute the voltage uniformly across the intermediate spark gaps and allows normal operating conditions to be achieved at the power source frequency between the conductor and the earthed metal part, while a case of transient overvoltages, the capacitive network, formed by the supports of the Intermediate electrodes of the spark gaps on the Insulator and by the conductor contained in the insulator, tends to produce a non-uniform distribution of voltage and, therefore, offers a possibility of discharge for a relatively small pulse.
To increase the capacitance, the line conductor, or the grounded metal part, may extend inside the insulator, and supported by the, or intermediate electrodes of the spark gaps on the insulator, may have a considerable axial length, in the form of bands which surround the outer surface of the insulator at intermediate points provided along its length.
The shunt resistance can be constituted by a conductor of suitable resistance, placed side by side with the Insulator and connected at the desired points to the electrodes of the spark gaps; but it is, preferably, constituted by a kind of semi-conductive ice cream on the porcelain of the insulator.
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We will describe several examples of implementation of the invention, given without limitation, with reference to the accompanying schematic figures and in which: - Figures 1, 2 and 3 show, in section, three arrangements of bushing insulators, to which protective spark gaps are applied; - Figures 4, 5 and 6 are diagrams showing, respectively, the electric circuits equivalent to the devices of Figures 1, 2 and 3.
The embodiments which will be described with regard to these examples should be considered as forming part of the invention, it being understood that any equivalent arrangements could equally well be used without departing from the scope thereof.
FIG. 1 represents the invention applied to a bushing insulator 1, arranged to make an electric conductor 2 penetrate, in an isolated manner, through a metal part 3 which is earthed. It is assumed that the conductor is at high voltage. relative to the metal part and that it represents a transformer winding terminal arranged in a tank of which the metal part 3 forms an integral part.
In the embodiment shown, there are two spark gaps in series between the conductor 2 and the earthed plate 3, by means of electr @ of the 4 & 5 electrically connected together and supported on an intermediate part of the insulator, L ' electrode 4 is bent upwards towards a metal flange 5 'at the top of the insulator, that flange being in contact with the conductor 2, while electrode 5 is bent downwards in the direction of a metal rim 3t clamped to the metal part 3 earthed, and holding the insulator in position on it.
The electrodes 4 and 5 are conveniently held on the insulator by means of a collar 7 which surrounds this insulator, the axial length of the collar being relatively large, so as to increase the capacitance of the conductor, as indicated by the capacitor 8 shown in the electrically equivalent diagram of figure 4.
Instead of extending the collar 7, a similar effect is obtained by clamping the electrodes on a metallic coating formed on the surface of the insulator. Is then connected between the conductor 2 and the metal part 3 grounded, a high resistance, shown by 9 Figure 4, and which can be constituted, preferably, by a kind of semiconductor glaze on the surface of the insulator 1. The high resistance 9, connected in parallel with the spark gaps in series, for- @
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-més at the ends of the electrodes 4 & 5, tends to distribute uniformly across the terminals of the intermediate spark gaps, the voltage existing between the conductor 2 and the earthed metal part, under operating conditions at the frequency of the network.
The resistor 9 also forms, in association with the apa cited 8, the capacitor 10 between the upper end of the electrode 4 and the conductor 2, the similar capacitance 11 between the lower end of the electrode 5 and the part 3 earthed, a network of capacitors and resistors which, during transient overvoltages, tends to produce a non-uniform distribution of voltage and therefore offers a possibility of discharge for a relatively small pulse.
FIG. 2 shows a device somewhat similar to that of FIG. 1 but in the case where the conductor 2 is supported by the metallic part on the earth, without passing through it.
In this arrangement, the grounded metal part has an extension 12 inside the Insulator to increase the capacitance, shown in 13 -figure 5, between electrodes 4-5 and ground. The modified electrical circuit is shown in figure 5.
Figures 3 & 6 correspond, respectively, to Figures 1 and 2, in the case where the conductor 2 is still supported by the metal part earthed without passing through it, the greater capacitance between the conductor 2 and the electrodes Intermediates being obtained by extending the conductor 2 inside the insulator 2, as indicated in 14. This capacity is shown in 15 figure 6.