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La plupart des parasurtensiors utilisés jusqu'ici dans la technique des hautes tensions se composent de résistances dont la valeur est fonction de la tension et qui sont précédées d'un éclateur d'extinction. Ces parasurtensions sont le plus souvent connectés entre une ligne à haute tension par rapport à la terre ; et la terre elle-même; ils servent en règle générale à protéger des ins-. tallations ou des appareils à haute tension importante qui sont reliés à cette li- gne à haute tension.
En service normal, aucun courant ne.passe dans un parasurtension de ce genre. On peut faire abstraction du courant de commande qui - dans les parasurten- sions avec éclateur d'extinction du type" controlé" - passe par l'élément de com- mande vers la terre et qui est extrêmement faible. Nais aussit8t qu'une surtension apparaît entre le point de parasurtension connecté à la haute tension et la terre - surtension supérieure à la tension d'amorçage de l'éclateur à extinction - c'est- à-dire en général 1,8 à 2,5 fois la tension du parasurtension, l'éclateur est élec- triquement percé et un chemin conducteur est ainsi établi entre le point raccordé à la haute tension et la terre, chemin par lequel la charge résultant de la sur- tension s'écoule vers la terre réduisant ainsi la surtension.
La tension qui sub- siste au parasurtension est alors donnée par la valeur de l'onde de surtension incidente à l'origine et par la caractéristique résistive de la résistance-fonc- tion de la tension du parasurtension ainsi que par les caractéristiques électri- ques de la ligne à haute tension.
Dans la technique des hautes tensions, on a le plus grand intérêt à maintenir aussi petite que possible la tension résiduelle qui apparait aux bornes du parasurtension lors du passage de surtensions. Les limites sont ici fixées par la capacité d'absorption des éclateurs d'extinction et la caractéristique résis- tive des résistances fonction de la tension qu'il est possible d'obtenir économi- quement d'une manière suffisamment sûre. Les caractéristiques résistives doivent être choisies de telle façon qu'après le passage d'une surtension la valeur de la résistance doit redevenir suffisamment élevée pour que le courant venant du ré- seau, qui passe par le parasurtension sous l'effet de la tension du service de ce réseau, soit certainement coupé par l'éclateur d'extinction.
Dans l'état actuel de la technique, pour les parasurtensions de 110 kV de tension nominale, on peut obtenir des valeurs de la tension résiduelle d'en- viron 375 kV lors du passage par le parasurtension d'un courant de choc de 10. 000 A.
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On a déjà proposé de réaliser des parasurtensions avec une tension résiduelle sensiblement plus faible. Dans ce but, on connecte en parallèle et le cas échéant également en série un grand nombre d'éclateurs de construction particulière, une électrode au moins de ces éclateurs étant recouverte d'un dépôt volatilisable qui est métallisé sur un support isolant.
Dans un parasurtension construit de cette manière, qui est connecté de la même façon entre la ligne à haute tension et la terre, il ne passe en ser- vice normal, pratiquement aucun courant, si l'on fait abstraction du courant ca- pacitif circulant à travers ce parasurtension. Les éclateurs s'amorcent ici seule= ment sous l'effet d'une surtension et l'extinction de la décharge se fait de tel- le façon que les dispositifs récemment décrits dans la littérature et qui compor- tent des éclateurs de construction spéciale connectés en série, une partie des électrodes qui portent un dépôt volatilisable, se consument et que la décharge s'éteint de la manière décrite dans la littérature spécialisée. La tension rési- duelle qui apparaît aux bornes d'un parasurtension de ce type n'est pas sensible- ment plus élevée que sa tension d'amorçage.
Une fois que ce parasurtension s'est allumé, le chemin de décharge formé par cet allumage ne convient plus pour des décharges ultérieures car par suite de la vola.tilisation de l'électrode correspondante, la tension de percement de ce chemin est fortement augmentée,
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Pour rendre le parasurtension utilisable pour un grand nombre de dé-, charges, il est alors nécessaires de prévoir un grand nombre de chemins de déchar- ge possibles ce qui conduit pour les tensions de service élevées,à connecter non seulement un grand nombre d'éclateurs en série, mais à en prévoir en outre un grand nombre en parallèles.
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Pour un parasurtension dont la tens,ion.z.nrm.r,alet.,es., env3.xoxi 1.Q,-V'tttet, qui suivant les exigences du service doit également convenir pour la tension de service maximum admissible de 125 kV, on peut règler la tension d'amorçage à une valeur d'environ 135 kv (tension alternative, 'valeur efficace) : la tension rési- duelle qui même lors du passage des courants de choc les plus élevé peut à peiner être dépassée n'est alors pas beaucoup plus élevée que 135 x V2 c'est-à-dire 192 kV (valeur de pointe).
Un désavantage du parasurtension ainsi proposé en ce que en service, sous l'influence des décharges dues aux surtensions, il se consume de plus en plus de sorte qu'après un certain temps de service, il faut compter que la tension d'amorçage indiquée à l'origine et pour laquelle on peut accepter une certaine augmentation d'environ 10 à 20 %, ne peut plus être maintenue et le parasurten- sion doit par conséquent être remplacé. On doit d'autant plustenir compte de cette volatilisation, que par suite de sa tension résiduelle ou de sa tension d'amorçage relativement faible, la parasurtension s'amorce déjà pour des surten sions d'enclenchement relativement basses, donc très fréquemment.
On pourrait empêcher le fonctionnement prématuré de ce nouveau para- surtension à la suite de faibles surtensions d'enclenchement en elles-mêmes rela- tivement inoffensives, en élevant simplement la tension d'amorçage du parasurten-, sion par augmentation de la tension d'amorçage des différents éclateurs ou par augmentation du nombre d'éclateurs en série. Mais ceci présente le désavantage d'augmenter le prix total dans la même mesure que l'on augmente la tension d'amor- çage et qu'en outre, la tension résiduelle du parasurtension est également augmen- tée.
Le but de l'invention est d'empêcher le fonctionnement prématuré du nouveau parasurtension par suite de son amorçage pour des surtensions d'enclenche, ment relativement faibles, sans augmenter la dépense en éclateurs volatilisables.
Les parasurtensions réalisés suivant l'invention avec des éclateurs dont pour cha- cun au moins une électrode est constituée par un dépôt volatilisable métallisé sur un support isolant sont caractérisés en ce que, avant l'éclateur muni d'un dé- p8t volatisable, on connecte en série un ou plusieurs éclateurs - éclateurs préli- minaires - dont les électrodes sont pratiquement inaltérables et dont la tension d'amorçage est plus élevée que celle des éléments de parasurtension qui sont con- nectés à là suite et qui sont recouverts d'un dép8t (ou de dépôts) volatilisables.
La figure représente un exemple de réalisation d'un parasurtension ré- alisé suivant l'invention 1 et 2 constituent les éclateurs dont au moins une élec- trode est recouverte d'un dép8t volatilisable, 3 désigne le support isolant sur lequel ces électrodes 1 et 2 sont métallisées, 4 est un dép8t métallisé sur la face de support isolant 3 opposée aux électrodes 1 et 2 qui sert à faciliter les décharges entre les électrodes 1 et 2 qui sont dans.l'exemple choisi sont munies de fente d'éclateurs formant des sinuosités. On peut naturellement donner à ces fentes toute forme appropriée. Les décharges d'étincelles s'amorcent dans ladite fente 5 comme des décharges glissantes pour des surtensions relativement faibles.
Dans l'exemple représenté par la figure, les dépôts 1 et 2 sont tous les deux supposés des dépôts métalliques volatilisables. L'éclateur préliminaire à tension d'amorçage plus élevée prévue suivant l'invention est ici désigné par 6 et c'est par lui que l'élément parasurtension avec les dép8ts volatilisables est connecté à la ligne à haute tension 7 ; la connection à la terre (8) se fait comme l'indique la figure par le dépôt 2.
En réglant à une valeur relativement élevée la tension d'amorçage des- éclateurs préliminaires, on peut obtenir que le nouveau parasurtension ne s'amorce
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pratiquement pas pour les surtensions d'enclenchement fréquentes, mais relative- ment inoffensives, mais uniquement pour des surtensions qui pourraient réellement être dangereuses. On empêche ainsi un f onctionnement prématuré du nouveau para- surtension.
La tension d'amoçage du nouveau parasurtension suivant l'invention est donnée par la tension de percement de son éclateur préliminaire 6, dont la ten- sion d'amorçage est dans une large mesure constante. Mais il faut bien songer que l'élément parasurtension avec ses électrodes volatilisables est essentielle- ment un condensateur, dont la capacité est un multiple élevé de celle de l'écla-, teur préliminaire 6. Cela signifie qu'à l'apparition d'une surtension sur le para- surtension constitué par des éclateurs préliminaires et des éclateurs volatilisa- bles, l'élévation de tension se produit pratiquement uniquement aux bornes de l'éclateur préliminaire qui est percé dès que l'on atteint sa'tension de perce- ment.
Comme par hypothèse, la tension de percement de l'éclateur préliminaire est plus élevée que la tension d'amorçage de l'élément parasurtension avec ses élec- trodes volatilisables, après le claquage de l'éclateur préliminaire, il se pro- duit un claquage entre les électrodes volatilisables, et la tension résiduelle, c'est-à-dire la tension qui apparaît aux bornes de parasurtension après son allu- mage sous l'effet du courant dérivé, est alors donnée chaque fois par la tension de percement entre les revêtements des électrodes 1 et 2. L'extinction du para- surtension résulte ainsi de la volatilisation des revêtements aux endroits où la décharge s'est allumée et après cette volatilisation, chacun des arcs partiels est ainsi éteint.
Après extinction des arcs entre les électrodes volatilisables, la décharge entre les électrodes de l'éclateur préliminaire s'éteint immédiatement de sorte que l'état de service originel est de nouveau rétabli. Pour éviter des charges résiduelles, parasites sur les électrodes le et 2, il peut être utile de prévoir des résistances de décharge de valeur élevée en parallèle sur ces deux électrodes.
Dans la figure, comme éclateur préliminaire on a simplement représen- té un éclateur à électrodes sphériques avec deux électrodes massives. Dans les parasurtensions pour des tensions nominales plus élevées, au delà de 1000 ou 2000 volts de tension de service, il peut être utile de subdiviser l'éclateur préliminaire et de contrôler les électrodes au moyen de résistances en parallèle.
Ceci est particulièrement recommandable pour les parasurtensions destinés a des réseaux à haute tension. L'utilisation de ces résistances de contrôle aux bornes des éclateurs assure ainsi la répartition désirable de la tension sur les diffé- rentes électrodes de l'éclateur qui surtout en courant continu, serait uniquement fonction des résistances fortuites d'isolement des éclateurs.
Comme le montre l'expérience pratique avec de parasurtensions de cons- truction conventionnelle, c'est-à-dire des parasurtensions avec des éclateurs d'extinction et des résistances fonction de la tension, il est préférable de cons- truire les parasurtensions pour les hautes tensions au moyen de parasurtensions élémentaires. Ces parasurtensions élémentaires sont en eux-mêmes des parasurten- sions intégralement en état de fonctionner.
Cette construction se recommande également pour la réalisation de parasurtensions pour haute tension en utilisant des éléments parasurtensions avec des électrodes volatilisables et des éclateurs préliminaires, le contrôle des é- clateurs préliminaires au moyen de résistances de contrôle séparées étant à peu près indispensable. Dans les parasurtensions pour de faibles tensions nominales, ces résistances de contrôle peuvent avoir une valeur constante, mais dans les parasurtensions pour des tensions nominales plus élevées, il est recommandable d'utiliser le cas échéant des résistances de contrôle fonction de la tension.
Comme on l'a signalé, si un parasurtension pour tension nominale éle- vée, est construit à partir de parasurtensions élémentaires il peut également être recommandable de ne pas monter les différents éclateurs préliminaires au moyen
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d'une résistance de contrôle mais bien de disposer la résistance de contr81e aux bornes de l'éclateur et du parasurtension élémentaire avec électrodes volatilisa- bles connectés en série.
Dans les parasurtensions conventionnels avec éclateurs d'extinction et résistances fonction de la tension, il s'est montrés extrêmement avantageux pour les parasurtensions de tension nominale élevée et très élevée, de rendre d'une certaine manière la tension d'amorçage dépendante de la fréquence. Un para- surtension construit de cette façon, quand il est soumis à une tension'à la fréquence du réseau, c'est-à-dire environ 50 Hz, a une tension d'amorçage c'est- à-dire une tens ion de claquage d'environ 2,2 fois la tension nominale du parasur- tension. Cela signifie qu'un parasurtension de 110 kV de tension nominale s'amor- cerait sous une tension alternative d'environ 242 kV à l'éclateur.
Par contre si un parasurtension de ce genre est soumis à une tension de choc, supposons une onde de choc normale avec une durée du front d'onde d'en- viron 1 ps, alors le front de la tension de choc possède une fréquence équivalente d'environ 230 kHz. Pour cette sollicitation, la tension d'amorçage ne correspond pas à la valeur de pointe de la tension alternative d'amorçage citée plus haut, soit environ 340 kV ou même une valeur plus élevée, comme cela pourrait être le cas avec un facteur de choc plus grand que 1, mais puisque l'on a choisi une dé- pendance de la tension d'amorçage en fonction de fréquence, il en résulte un fac- teur de choc plus petit que 1, environ 0,8 de sorte que la tension d'amorçage ré- elle est 340 :
0,8 = 270 kV (valeur de pointe) c'est-à-dire que sous l'effet d'une surtension qui arrive très rapidement, un. parasurtension de ce genre répond d'une manière très sensible et possède donc un pouvoir de protection plus élevé. Au mo- yen d'anneaux de contrôle, disposés à l'extérieur du parasurtension, la valeur de la tension de choc qui produit l'amorçage peut encore être modifiée dans une lar- ge mesure.
Si l'on utilise le principe de construction qui vient d'être indiqué pour un parasurtension construit conformément à l'invention, on obtient un dispo- sitif dans lequel les éclateurs préliminaires, ou l'éclateur préliminaire + le parasurtension élémentaire avec ses électrodes volatilisables sont pontés par des résistances de contrôle qui sont dimensionnées de telle façon que, pour des solli- citations de tension à la fréquence du réseau, le courant qui circule à travers les résistances de contrôle produit une répartition linéaire de la tension sur les éclateurs ou sur les parasurtensions élémentaires, mais où pour les surten- sions qui se déroulent très rapidement, comme des tensions de choc,
le courant circulant dans les résistances de contrôle reste très petit vis à vis des cou- rants de charge qui provoquent le contrôle capacitif de l'éclateur ou du parasur- tension élémentaire.
Dans les nouveaux parasurtensions, la tension d'amorçage de choc peut encore être modifiée par après au moyen d'un dispositif additionnel comportant un ou plusieurs anneaux de contrôle.
On n'a pas encore mentionné un avantage très important de l'éclateur proposé. Cet avantage consiste en ce que, en service normal, la tension du réseau n'est pas appliquée aux parasurtensions élémentaires avec leurs électrodes vola- tilisables, mais aux éclateurs préliminaires. Le parasurtension élémentaire, aussi longtemps qu'il n'est pas amorcé, constitue en principe un condensateur élec- trique. Si l'on n'utilise par un éclateur préliminaire, alors la tension du ré- seau dans lequel le parasurtension est employé, est appliquée en permanence au condensateur en question de sorte que celui-ci doit être prévu pour une sollici- tation permanente d'au moins la tension de service maximum admissible du réseau.
Pour des tensions élevées du réseau et surtout pour les réseaux à courant alter- natif l'isolement à prévoir est extrêmement coûteux en comparaison avec celui d'un parasurtension dans lequel on connecte avant le parasurtension élémentaire avec électrodes de volatilisation un éclateur préliminaire, auquel on applique la tension permanente. Comme le montrent les expériences avec des parasurtensions
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conventionnels, avec des éclateurs d'extinction et des résistances fonction de la tension, ces éclateurs préliminaires peuvent se construire à un prix relativement faible et présenter une très bonne sécurité par rapport à la tension ;il n'y a donc aucune difficulté à appliquer la tension de service à ces éclateurs prélimi- naires.
Un parasurtension élémentaire avec électrodes volatilisables qui est pra- tiquement un condensateur, n'a pas besoin d'être prévu pour supporter de cas éché- ant en permanence de hautes tensions alternatives, mais il est tout à fait suffi- sant de réaliser ce parasutension élémentaire.au point de vue isolement, pour des sollicitations de très courte-durée par la tension du réseau ou éventuellement pour des sollicitations par une tension continue dont la valeur dépend de la valeur 'de pointe de la tension de service maximum qui est admissible à l'endroit ou est installé le parasurtension.
REVENDICATIONS.
1.- Parasurtension composé d'éclateurs ayant chaque fois au moins une électrode formée par un dép8t volatilisable, métallisé sur un support isolant, caractérisé en ce que avant les éclateurs à dép8t volatilisable, on intercale un ou plusieurs éclateurs connectes en série - éclateurs préliminaires - munis d'é- lectrodes pratiquement inaltérables dont la tension d'amorçage est plus élevé que celle des parasurtensions élémentaires à dép8ts volatilisables qui sont connectés à la suite.