<Desc/Clms Page number 1>
PARAFOUDRE A EXPULSION.
La présente invention concerne les dispositifs de protection contre les surtensions utilisés sur les réseaux électriques, appelés para- foudres à expulsion.
On connaît déjà de tels parafoudres qui sont généralement con- stitués par une électrode tubulaire et une électrode pleine fixée aux extré- mités d'un tube de soufflage en matière isolante volatilisable. On a pro- posé,' pour abaisser la tension d'amorçage aux ondes de choc, dadjoindre un écran électrostatique isolé ou relié à l'une des électrodes. Ces deux dis- positifs, le second principalement, présentent l'inconvénient de favoriser, pour des tensions relativement faibles, la production d'effluves à l'extré- mité de 1-'électrode pleine.
L'utilisation d'une électrode de gros diamètre formant contact avec le tube de soufflage présente l'imconvénient de réa- liser entre les électrodes une ligne de fuite dans une zone atteinte par l'arc. de- coupure. D'autre part, l'écran isolé n'apporte qu'une réduction assez limitée de la tension d'amorçage et l'écran, relié à l'une des deux électrodes,présente une caractéristique tension-temps relativement raide pour les faibles retards à l'amorçage.
Enfin, pour les faibles tensions de 2 à 6Kv, l'efficatité des écrans électrostatiques est toujours très limitéeo
Le parafoudre qui fait l'objet de la présente invention remé- die à ces inconvénients et permet de réduire, pour une même distance entre les électrodes et pour les deux polarités, la tension d'amorçage sous l'effet d'une onde de choc à environ 60% de sa valeur initiale., Ce parafoudre, con- stitué essentiellement par deux électrodes principales, un dispositif produc- teur de gaz assurant l'extinction de l'arc entre les électrodes et un écla- teur dans l'air à deux électrodes, se:
caractérise par le fait qu'il comporte une électrode auxiliaire disposée sur le trajet de l'arc, cette électrode auxiliaire étant reliée à l'une des électrodes principales par l'intermé- diàire d'une impédance.
<Desc/Clms Page number 2>
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel : La figure 1 est le schéma d'un parafoudre à expulsion suivant l'invention.
Les figures 2 et 4 représentent en coupe verticale deux modes de réalisation d'un tel parafoudre.
La figure 3 est une vue partielle, en coupe verticale, d'un pa- rafoudre comportant un mode de réalisation différent de l'une des électrodes.
La figure 5 représente, en coupe verticale, un dispositif de fi- xation du parafoudre suivant l'invention.
La figure 6 représente un mode de réalisation de l'éclateur dans 1-'air.
Dans ces figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence.
Le parafoudre représenté schématiquement sur la figure 1 comporte deux électrodes principales 1 et 3 et un éclateur dans l'air à deux électro- des 5 et 6 dont l'une est reliée à l'électrode principale 3 et l'autre à la ligne à protéger. Une électrode auxiliaire 10 est disposée sur la distance de coupure entre les deux électrodes principales 1 et 3. L'intervalle entre l'électrode 3 et l'électrode auxiliaire 10 est shunté par une capacité 11.
La figure 2 représente un parafoudre conforme au schéma de la figure 1 dans lequel l'électrode principale 1 a une forme tubulaire; cette électrode 1 est reliée à la terre en T et fixée sur un tube 2 en matière isolante volatilisable qui supporte, à sa partie supérieure, l'électrode 3 constituée par une tige pleine. La matière organique du tube 2 est soustrai- te à l'application permanente de la tension de la ligne par un éclateur dans l'air constitué par les électrodes 5 et 6. L'électrode auxiliaire 10, qui - a pour but de fixer le potentiel d'un point du trajet de l'arc entre les élec- trodes 1 et 3, est réalisée économiquement par une tige filetée vissée dans la paroi du tube en matière isolante 2.
Les armatures de la capacité 11 sont constituées par l'électrode 3 d'une part, et par une surface conductri- -ce 14, d'autre part, formée par un clinquant métallique ou-une couche métal- lisée obtenue par projection de métal au pistolet, tel que du zinc ou du cuivre; le tube isolant 2 et l'intervalle d'air 16 forment le diélectrique.
L'armature 14 est reliée à l'électrode 10 par une connexion 15.
Dans la figure 3, l'électrode 3 comporte un renflement 17, lais- sant subsister un intervalle d'air 18-19 entre l'extrémité 18 de l'électro- de 3 et le tube isolant 2, et une ligne de fuite 19-20, à l'abri de l'arc, entre l'extrémité 20 de l'électrode 3 qui forme pare-étincelles et la par- tie 19-21 du tube 2 soumise à l'arc.
De préférence la capacité 11 est disposée entre l'électrode plei- ne 3 et l'électrode'auxiliaire 10 pour des raisons constructives.
La figure 4 représente une réalisation du parafqudre dans laquel- le la capacité de shuntage est intercalée entre les électrodes 1 et 10. Une telle dispesition permet d'éviter le renflement 17 (fig. 3) mais. nécessite une augmentation de la ligne de fuite 22-3 et entraîne une augmentation de la longueur de l'électrode creuse 1, ce qui., pour les courants de grande in- tensité, accroît la pression dans le tube et, pour une même résistance mé- canique du tube, abaisse la limite de coupure
La figure 5 représente une réalisation d'un parafoudre permettant le retrait de l'une ou l'autre des électrodes 1 et 3.
Si, par suite d'une détérioration du tube, la coupure ne se fait pas, il est commode de pouvoir remettre la ligne sous tension après déclenchement ,du disjoncteur d'alimenta- tion, sans qu'il soit nécessaire d'enlever le tube avariéo Le retrait de l'électrode supérieure 3 peut être effectué en prévoyant une fixation 24 de celle-ci peu résistante.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans le cas où 1?on préférerait expulser 1-'électrode inférieure 1, il y aurait lieu de fixer le tube 2 sur son châssis par un collier 26, la mise à la terre de l'électrode 1 pouvant être effectuée par une connexion souple.
Lorsque le parafoudre est situé à l'intérieur d'un poste, on peut accroître la distance de sectionnement par le dispositif de la figure 6: l'électrode 6 de sectionnement dans l'air comporte un conducteur 27, de fai- ble diamètre, terminé par une pièce:28, le :tout constitué par un métal présen- tant une capacité thermique suffisante pour permettre, sans fusion notable, lors d'un fonctionnement normal, le passage du courant de foudre et de celui, du réseau qui lui succède et dont la durée ne dépasse pas une à deux demi- périodes.
Hais par contre, lors d'une non-coupure, le courant de fuite, dent la durée est alors beaucoup plus longue (il subsiste en effet jusqu'au fon- ctionnement des disjoncteurs) provoque la fusion du conducteur 27 et de la pièce 28, ce qui accroît la distance de sectionnement et permet, dans la plupart des cas, de remettre la ligne sous tension.
Le parafoudre qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante :
La répartition de la tension entre les intervalles en série est définie par les capacités. Si la capacité 11 aux bornes de l'éclateur 3 - la est grande devant les capacités propres des éclateurs 5-6 et 1-10 qui, en général, ne dépassent guère quelques dizièmes de micromicrofarad, la tension est appliquée sur l'ensemble des éclateurs 5-6 et 1-10 qui amorcent dès que la tension atteint la tension d'amorçage au choc des éclateurs 5-6 et 1-10 mis en série. Les deux éclateurs étant alors court-circuités, toute la tension est appliquée sur l'éclateur 3-10 qui amorce alors immédiatement.
Après l'écoulement à la terre de la surtension, l'arc de puissance qui suit l'onde de choc provoque la volatilisation d'une faible épaisseur de matière et le soufflage qui en résulte assure l'extinction de l'arc au premier passa- ge à zéro.
L'amorçage se produisant en deux temps, d'abord sur la somme des distances non shuntée 5-6 et 1-10, puis sur la distance shuntée 3-10 ces distances sont réglées de façon que la tension d'amorçage au choc de l'ensemble des distances non shuntée 5-6 et 1-10 soit du même ordre de grandeur que celle de la distancé shuntée 3-10; on adopte donc une distance shuntée 3-10 supérieure à la distance 1-10
La valeur optima de la capacité de shuntage est de l'ordre de quelques micromicrofarads. Une capacité de l'ordre du dizième de micro- microfarad abaisse-peu la tension d'amorçage tandis qu'au-delà de quelques dizaines de Micromicrofarads, l'encombrement et le prix varient proportion- nellement, et l'amélioration due à l'augmentation de la capacité-devient négligeable.
REVENDICATIONS.
1 ) Parafoudre à expulsion comportant deux électrodes principa- les, un dispositif producteur de gaz assurant 1-'extinction de l'arc qui s'a- morce entre ces électrodes, et un éclateur dans l'air à deux électrodes dis- posé entre une des électrodes principales et la ligne à protéger, parafoudre caractérisé par le fait qu'une électrode auxiliaire est,-':disposée sur le tra- jet de l'arc et reliée à l'une des-électrodes principales par l'intermédi- aire d'une impédance.
<Desc / Clms Page number 1>
EXPULSION ARRESTOR.
The present invention relates to protection devices against overvoltages used on electrical networks, called expulsion arresters.
Such arresters are already known which are generally constituted by a tubular electrode and a solid electrode fixed to the ends of a blast tube made of volatilizable insulating material. It has been proposed, in order to lower the starting voltage to the shock waves, to add an electrostatic screen isolated or connected to one of the electrodes. These two devices, mainly the second, have the drawback of promoting, for relatively low voltages, the production of corona at the end of the solid electrode.
The use of a large diameter electrode forming contact with the blast tube has the drawback of forming a line of leakage between the electrodes in a zone reached by the arc. cut-off. On the other hand, the insulated screen only provides a fairly limited reduction in the starting voltage and the screen, connected to one of the two electrodes, has a relatively steep voltage-time characteristic for low delays. at priming.
Finally, for low voltages from 2 to 6Kv, the efficiency of electrostatic screens is always very limited.
The surge arrester which is the subject of the present invention overcomes these drawbacks and makes it possible to reduce, for the same distance between the electrodes and for the two polarities, the starting voltage under the effect of a shock wave. at about 60% of its initial value., This arrester, consisting essentially of two main electrodes, a gas-producing device ensuring the extinction of the arc between the electrodes and a spark-gap in the air. two electrodes, are:
characterized by the fact that it comprises an auxiliary electrode arranged on the arc path, this auxiliary electrode being connected to one of the main electrodes by the intermediary of an impedance.
<Desc / Clms Page number 2>
Other characteristics of the invention will become apparent during the description which follows with reference to the figures of the appended drawing in which: FIG. 1 is the diagram of an expulsion surge arrester according to the invention.
Figures 2 and 4 show in vertical section two embodiments of such a surge arrester.
FIG. 3 is a partial view, in vertical section, of a surge arrester comprising a different embodiment of one of the electrodes.
FIG. 5 represents, in vertical section, a device for fixing the surge arrester according to the invention.
FIG. 6 represents an embodiment of the spark gap in 1-air.
In these figures, the same elements bear the same reference numbers.
The arrester shown schematically in FIG. 1 comprises two main electrodes 1 and 3 and a spark gap in the air with two electrodes 5 and 6, one of which is connected to the main electrode 3 and the other to the line to protect. An auxiliary electrode 10 is placed over the cutoff distance between the two main electrodes 1 and 3. The gap between electrode 3 and auxiliary electrode 10 is shunted by a capacitor 11.
FIG. 2 represents a surge arrester according to the diagram of FIG. 1 in which the main electrode 1 has a tubular shape; this electrode 1 is connected to the earth in T and fixed to a tube 2 of volatilizable insulating material which supports, at its upper part, the electrode 3 formed by a solid rod. The organic matter of the tube 2 is withdrawn from the permanent application of the voltage of the line by a spark gap in the air constituted by the electrodes 5 and 6. The auxiliary electrode 10, which aims to fix the potential of a point in the arc path between electrodes 1 and 3, is achieved economically by a threaded rod screwed into the wall of the insulating material tube 2.
The reinforcements of the capacitor 11 are formed by the electrode 3 on the one hand, and by a conductive surface 14, on the other hand, formed by a metal foil or a metalized layer obtained by metal projection. by gun, such as zinc or copper; the insulating tube 2 and the air gap 16 form the dielectric.
The frame 14 is connected to the electrode 10 by a connection 15.
In FIG. 3, the electrode 3 has a bulge 17, leaving an air gap 18-19 between the end 18 of the electrode 3 and the insulating tube 2, and a leakage line 19 -20, protected from the arc, between the end 20 of the electrode 3 which forms a spark arrester and the part 19-21 of the tube 2 subjected to the arc.
Preferably the capacitor 11 is arranged between the solid electrode 3 and the auxiliary electrode 10 for construction reasons.
FIG. 4 represents an embodiment of the parafqudre in which the bypass capacitor is interposed between the electrodes 1 and 10. Such a dispesition makes it possible to avoid the bulge 17 (FIG. 3) but. requires an increase in the leakage line 22-3 and leads to an increase in the length of the hollow electrode 1, which., for large currents, increases the pressure in the tube and, for the same resistance tube mechanics, lowers the cut-off limit
FIG. 5 represents an embodiment of a surge arrester allowing the removal of one or other of the electrodes 1 and 3.
If, following damage to the tube, the cut does not occur, it is convenient to be able to re-energize the line after tripping of the supply circuit breaker, without having to remove the tube. damage Removal of the upper electrode 3 can be carried out by providing a fastening 24 of the latter with little resistance.
<Desc / Clms Page number 3>
In the event that one would prefer to expel the lower electrode 1, it would be necessary to fix the tube 2 on its frame by a collar 26, the earthing of the electrode 1 being able to be effected by a flexible connection. .
When the surge arrester is located inside a substation, the disconnection distance can be increased by the device of FIG. 6: the air disconnecting electrode 6 comprises a conductor 27, of small diameter, terminated by one part: 28, le: all made of a metal having sufficient thermal capacity to allow, without notable melting, during normal operation, the passage of lightning current and that of the network which succeeds it and the duration of which does not exceed one to two half periods.
But on the other hand, during a non-breaking, the leakage current, dent the duration is then much longer (it in fact remains until the circuit breakers operate) causes the fusion of the conductor 27 and of the part 28 , which increases the disconnection distance and, in most cases, enables the line to be re-energized.
The surge arrester which has just been described operates as follows:
The voltage distribution between the series intervals is defined by the capacitances. If the capacitance 11 at the terminals of spark gap 3 - 1a is large compared to the specific capacities of spark gaps 5-6 and 1-10 which, in general, hardly exceed a few tenths of a micromicrofarad, the voltage is applied to all of the spark gaps 5-6 and 1-10 which initiate as soon as the voltage reaches the impulse ignition voltage of spark gaps 5-6 and 1-10 placed in series. The two spark gaps then being short-circuited, all the voltage is applied to spark gap 3-10 which then initiates immediately.
After the surge has flowed to earth, the power arc which follows the shock wave causes the volatilization of a small thickness of material and the resulting blowing ensures the extinction of the arc in the first pass. - age to zero.
The ignition occurs in two stages, first on the sum of the non-shunted distances 5-6 and 1-10, then on the shunted distance 3-10 these distances are adjusted so that the impulse ignition voltage of the set of non-shunted distances 5-6 and 1-10 is of the same order of magnitude as that of the shunted distance 3-10; we therefore adopt a shunted distance 3-10 greater than the distance 1-10
The optimum value of the shunt capacitance is of the order of a few micromicrofarads. A capacity of the order of a tenth of a micro-microfarad lowers the ignition voltage a little, while beyond a few tens of Micromicrofarads, the size and the price vary proportionally, and the improvement due to the The increase in capacity becomes negligible.
CLAIMS.
1) Expulsion surge arrester comprising two main electrodes, a gas-producing device ensuring the extinction of the arc which arises between these electrodes, and a spark gap in the air with two electrodes placed between one of the main electrodes and the line to be protected, lightning arrester characterized by the fact that an auxiliary electrode is, - ': arranged on the path of the arc and connected to one of the main electrodes by the intermediary area of an impedance.